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Biodiversity and associated ecosystem services in small vs. large scale agriculture

Biodiversity conservation cannot rely on protected areas alone, as sustainable conservation requires strategies for managing whole landscapes including agricultural areas. Organic farming in Germany may contribute strongly to the protection of biodiversity and to sustainability of agriculture through enhancing ecosystem services. However, the effectiveness of this agri-environmental management is highly dependent on landscape structure. The main objective of this study is to compare the effectiveness of organic cereal management in small vs. large scale agriculture through measure of the diversity of plants and arthropods and associated ecosystem services, such as seed predation, insect predation, aphid parasitism and pollination. Pairs of organic and conventional winter wheat fields will be selected in small vs. large scale agricultural landscapes along the former inner German border, i.e. in West vs. East Germany. This study design enables a unique experiment, where it would be possible to disentangle the effects of landscape composition and configuration heterogeneities in the same study region and to study how these affect the effectiveness of organic management. The detailed analyses of the expected valuable data could provide significant results (published in high ranked, international scientific journals), and contribute to the development of the existing

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: Einfluß von Landnutzung auf Bestäubergesundheit und Bestäubungsleistung

Ungefähr 90% der landwirtschaftlichen Flächen Deutschlands werden intensiv bewirtschaftet mit dem Ziel den Ertrag pro Fläche zu steigern. Diese Intensivierung der Agrarflächen führt zu einer überwiegend monotonen und verarmten Landschaft in der Bestäuber durch ein geringes Angebot an Nahrung und Nistmöglichkeiten, Habitatfragmentierung und Pestizide negativ beeinflusst werden können. Diese Faktoren, alleine oder in Kombination, können bei Bestäubern Stress auslösen, was zu morphologischen Fehlentwicklungen (z.B. asymmetrische Flügel), physiologischen Veränderungen (z.B. veränderter Pheromonproduktion), oder erhöhter Krankheitsanfälligkeit führen kann. Diese Verschlechterung der Bestäubergesundheit kann die Lebensdauer von Individuen verkürzen, aber beeinflusst auch Bestäuberverhalten und -aktivität und somit letztendlich die erbrachte Bestäubungsleistung. Um den Erhalt von Bestäubung in Agrarlandschaften zu gewährleisten, ist es daher unumgänglich den Zusammenhang zwischen intensiver Landnutzung, Bestäubergesundheit und Bestäubungsleistung zu verstehen. In unserem Projekt kombinieren wir Freilandmessungen in Agrarlandschaften mit Labor- und Freilandexperimenten, um zu verstehen, wie Änderungen im Landmanagement Bestäubergesundheit und Bestäubungsleistung beeinflussen. Wir werden Asymmetrie in der Flügelentwicklung, Pheromonproduktion, Fettkörpergröße und Virenbefall als Indikatoren für Bestäubergesundheit und Bestäuberverhalten und -aktivität, wie z.B. Flugdistanzen und -verhalten oder gesammelter Pollen, als Indikator für Bestäubungsleistung messen und mit Daten über Landnutzungintensität auf den 150 Graslandfläche der Biodiversitätexploratorien kombinieren. Die Landnutzungsintensität der einzelnen Flächen setzt sich aus dem Landnutzungsindex (LUI), Pflanzendiversität, Pestizideinsatz und Umgebungsparametern zusammen. Mit Bombus lapidarius und Episyrphus balteatus - Vertreter zwei wichtiger Bestäubergruppen: Bienen und Schwebfliegen - als Fokusarten, werden wir testen, ob Änderungen in der Bestäubergesundheit durch unterschiedliches Landmanagement zu Änderungen in der Bestäubungsleistung führen. Zudem werden wir experimentell verschiedene Landnutzungszenarien (Nahrungsverfügbarkeit und Insektizideinsatz) simulieren, um zu untersuchen, wie Einzelfaktoren und deren Kombination zu Änderungen in der Bestäubergesundheit beitragen. Zusammenfassend wird unsere Studie aufzeigen, ob sich Änderungen in der Bestäubergesundheit durch Intensivierung der Landnutzung negativ auf die Bestäubungsleistung auswirken und welche Änderungen die treibenden Faktoren dahinter sind. Somit wird diese Studie wichtige Informationen für Managementmaßnahmen zur Verbesserung der Bestäubergesundheit und dem Erhalt von Bestäubungsleistung in Agrarlandschaften liefern.

Impact of Intrafollicular Sulfated Steroids on Follicular Cells and the Oocyte's Developmental Capacity in Cattle

Steroid hormones are essential in orchestrating oocyte maturation, i.e. estrogens of follicular origin support the development of the female gamete and fertilization. In this project the concentration of free and conjugated estrogens during follicular development will be analysed and compared to local concentrations in the developing follicle. Cattle are suitable animal models because of the accessibility and suitability for frequent examination and sampling. Furthermore, it has been useful for understanding several features of human reproduction including follicular dynamics, the fate of the emerging follicles is orchestrated mainly by gonadotropins and steroid hormones in a similar manner. Ovarian SULT1E1 participates locally in the regulation of follicular estrogen activity. The ESTcatalysed down-regulation of estrogen activity enables normal ovulation. Conversely, sulfoconjugated estrogens may also be precursors of the production of free estrogens depending on estrogen sulfatase (StS) acitivity. In mammals, follicular luteinisation/ovulation is triggered by a surge in LH and is characterised by numerous physical and biochemical changes, including the decreased production of estradiol (E2). This loss in E2 biosynthetic capacity has been explained by a marked decrease in the expression of key steroidogenic enzymes involved in the follicular production of active estrogens. However, little is known about the regulation of enzymes/proteins responsible for the inactivation and elimination of estrogens, as mediated for example by EST during this period.

Andrologische Untersuchungen bei Vögeln der Ordnung Psittaciformes zum Zweck der Arterhaltung und Gefangenschaftszucht

Weltweit ist eine rasante Zunahme des Artensterbens auch bei der Klasse Aves zu verzeichnen. Die durch Umweltzerstörung und unzählige andere menschliche Einflüsse (z. B. illegaler Handel mit teuren Wildvögeln) am meisten betroffene Tierordnung stellen die Papageienvögel dar. Derzeit ist fast ein Drittel der Papageienpopulation vom Aussterben bedroht. Eine Möglichkeit, diesen Trend aufzuhalten, besteht in der gezielten und effektiven Nachzucht bedrohter Arten in der Obhut des Menschen mit dem Ziel einer späteren Wiederauswilderung. Leider waren solche Bemühungen bisher oft erfolglos. Ein Grund hierfür besteht in dem nahezu vollständigen Fehlen fundierter wissenschaftlicher Untersuchungen zum Reproduktionsstatus, der Spermagewinnung, -analyse und -konservierung und zur künstlichen Besamung für die Ordnung der Papageien (Psittaciformes). Ziel dieses Projektes ist daher die Erarbeitung von nicht invasiven Methoden zur Bestimmung der Reproduktionssituation verschiedener Papageienspezies. Darüber hinaus soll bei diesen Vögeln eine effektive Gewinnung von Sperma sowie dessen genaue Beurteilung und optimale Nutzung langfristig etabliert werden.

Gezielte Insektenförderung für die Landwirtschaft: ein Win-Win für Landwirte und Natur, Teilprojekt: 'Projektkoordination, Konzeption und Anwendung der nützlingsfördernden Blühmischungen und Öffentlichkeitsarbeit'

Beseitigung der Striga-Plage im Sorghumanbau in Afrika durch Kombination von markergestützter Rückkreuzung und Farmer-partizipatorischer Selektion

Übergeordnetes Ziel ist die Erhöhung der Nahrungssicherheit in den mit dem parasitischen Unkraut Striga (Striga hermonthica) infizierten Sorghum (Sorghum bicolor)-Anbaugebieten in Eritrea, Kenia, Mali und Sudan. Hierzu soll zusammen mit NARS dieser Länder die Strigaresistenz von lokal adaptierten, Farmer-bevorzugten Sorghumsorten durch Anwendung einer Kombination aus markergestützter Rückkreuzung und Farmer-partizipatorischer Selektion verbessert werden. Molekulare Marker für quantitative, im Feld erfasste Strigaresistenz wurden während eines BMZ-finanzierten gemeinschaftlichen Projektes des ICRISAT mit den Universitäten Hohenheim und Tübingen (1995-2000) und danach im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Habilitationsvorhabens (2000-2003) identifiziert und validiert. Die Effekte von fünf QTL ('quantitative trait loci') für Strigaresistenz der Elternlinie N13' erwiesen sich dabei als stabil über zehn Feldversuche in Mali und Kenia, zwei Jahre und zwei unabhängige Genotypstichproben der Kartierungspopulation. Die einzelnen QTL erklären zwischen 12 - 30 Prozent der phänotypischen Variation und tragen zu einer partiellen, quantitativen und somit stabilen Resistenz bei. Die entsprechenden flankierenden Marker sollen im Projekt genutzt werden. Darüber hinaus wird eine simultane sozio-ökonomische Studie der Sorghum-Saatgutverteilungssysteme in den vier Ländern durchgeführt. Die Schlagkraft der verbesserten Sorten soll des weiteren durch Integration in bestehende Methoden der integrierten Strigabekämpfung erhöht werden. Die Langzeitwirkung der im Projekt entwickelten Sorten könnte durch offene Bestäubung in den genetisch sehr vielfältigen Feldern der Landwirte beeinträchtigt werden. Daher sollen auch die aktuellen Auskreuzungsraten der Farmer-bevorzugten Sorghumsorten untersucht werden. Daraus sollen Schlüsse über die Stabilität der transferierten Strigaresistenz-QTL gezogen und Empfehlungen für die Sortenerhaltung abgegeben werden.

Biochemie und Regulation der tageszeitspezifischen Duftstoffbildung bei Pflanzen

Für einige Höhere Pflanzen ist die Bestäubung durch Insekten essentiell für die Fruchtbildung und Reproduktion. Um eine effiziente Anlockung zu ermöglichen, präsentieren Pflanzen ihre Blüten in eindrucksvollen Farben und Formen. Zusätzlich können Blüten eine Vielzahl von Duftstoffen emittieren. Letztere werden nicht selten tageszeitspezifisch gebildet, um spezifisch tagsüber tagaktive Bienen und nachts nachtaktive Motten anzulocken. Düfte werden auch emittiert, um Herbivoren abzustoßen oder die Fressfeinde der Herbivoren nach Befall anzulocken, um diese zu vernichten bzw. zu dezimieren (Pathogenabwehr). Während die chemische Zusammensetzung solcher emittierten Düfte bereits in vielen Fällen sehr gut untersucht ist, sind die zugrundeliegenden Biosyntheswege, die entsprechenden Enzyme und vor allem die Regulation dieser so gut wie nicht aufgeklärt. In diesem Antrag sollen Regulationsmechanismen identifiziert werden, die eine tageszeitspezifische Synthese und Emittierung von Düften ermöglichen. In Betracht kommen verschiedene Regulationsebenen, z.B. Transkription, Translation, Aktivität und Emittierung aus Duftorganen. Für die Arbeiten sind Stephanotis floribunda und verschiedene Tabakspezies ausgewählt worden, da einerseits die Zusammensetzung ihrer Düfte bekannt sind und diese Pflanzen einen Großteil ihrer Duftstoffe nachts emittieren. Ziel dieses Projekts ist es, nacht-spezifische Regulationssysteme und -netzwerke zu detektieren und zu charakterisieren, die es den Pflanzen ermöglichen, gezielt Insekten anzulocken.

Effect of agricultural intensification on cereal aphid-primary parasitoid-hyperparasitoid food web structures and interactions

Changes in agroecosystem management (e.g. landscape diversity, management intensity) affect the natural control of pests. The effects of agricultural change on this ecosystem service, however, are not universal and the mechanisms affecting it remain to be understood. As biological control is effectively the product of networks of interactions between pests and their natural enemies, food web analysis provides a versatile tool to address this gap of knowledge. The proposed project will utilize a molecular food web approach and examine, for the first time, how changes in plant fertilisation and landscape complexity affect quantitative aphid-parasitoid-hyperparasitoid food webs on a species-specific level to unravel how changes in food web interactions affect parasitoid aphid control. Based on the fieldderived data, cage experiments will be conducted to assess how parasitoid diversity and identity affect parasitoid interactions and pest control, complementing the field results. The work proposed here will take research on parasitoid aphid control one step further, as it will provide a clearer understanding of how plant fertilization affects whole aphid-parasitoid food webs in both simple and complex landscapes, allowing for further improvements in natural pest control.

Ecological valuation of crop pollination in traditional Indonesian homegardens

Traditional Indonesian homegardens harbour often high crop diversity, which appears to be an important basis for a sustainable food-first strategy. Crop pollination by insects is a key ecosystem service but threatened by agricultural intensification and land conversion. Gaps in knowledge of actual benefits from pollination services limit effective management planning. Using an integrative and agronomic framework for the assessment of functional pollination services, we will conduct ecological experiments and surveys in Central Sulawesi, Indonesia. We propose to study pollination services and net revenues of the locally important crop species cucumber, carrot, and eggplant in traditional homegardens in a forest distance gradient, which is hypothesized to affect bee community structure and diversity. We will assess pollination services and interactions with environmental variables limiting fruit maturation, based on pollination experiments in a split-plot design of the following factors: drought, nutrient deficiency, weed pressure, and herbivory. The overall goal of this project is the development of 'biodiversity-friendly' land-use management, balancing human and ecological needs for local smallholders.

Sonderforschungsbereich (SFB) 990: Ökologische und sozioökonomische Funktionen tropischer Tieflandregenwald-Transformationssysteme (Sumatra, Indonesien), Teilprojekt A01: Langzeitliche Vegetationsveränderungen, Pflanzenphänologie und Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen in Regenwald und Regenwaldtransformationen in Zentral-Sumatra

Mit paläoökologischen Parametern (Multiproxy-Ansatz) werden langzeitliche Vegetations- und Klima-veränderungen sowie Mensch-Landschaft-Interaktionen rekonstruiert. Veränderungsraten und Pflanzendiversitätsmuster in Ökosystemen und ihre Beziehungen zu Klima, Feuer und menschlichem Einfluss werden ausgewertet für zukünftige Szenarien von Umweltveränderungen. Pflanzenphänologie, Verbreitungs- und Reproduktionsstrategien werden durch Pollenniederschlag in Plots unterschiedlicher Landnutzung und Artenanreicherung untersucht. Pflanzen-Bestäuber-Interaktionen werden untersucht um den Effekt von Landnutzungsänderungen auf Bestäuberfunktionen und Netzwerke auszuwerten.

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