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Sonderforschungsbereich (SFB) 607: Wachstum oder Parasitenabwehr? Wettbewerb um Ressourcen in Nutzpflanzen aus Land- und Forstwirtschaft, Teilprojekt B1: Allometrie und Raumbesetzung von krautigen und holzigen Pflanzen. Integration von Pflanzen- und Bestandesebene

Das Projekt B1 'Allometrie und Raumbesetzung von krautigen und holzigen Pflanzen' ist Teil des Sonderforschungsbereiches 607 Wachstum und Parasitenabwehr und befindet sich bereits in der vierten Phase des seit 1998 laufenden Forschungsprojektes. Bisher wurde im Projekt B1 die Allometrie als Resultat der pflanzeninternen Steuerung der Allokation untersucht. Auf Individuenebene wurden Allometrie und ihre Veränderung für verschiedene Baumarten in verschiedenen ontogenetischen Stadien untersucht. Auf Bestandesebene wurden die self-thinning-Linien von Yoda und Reineke für krautige bzw. holzige Pflanzenbestände analysiert. Bisherige Allometriebestimmungen erbrachten für diese Arten zwar ähnliche Größenordnung aber auch charakteristische Unterschiede, die Ausdruck spezifischer Strategien der Raumbesetzung und -ausbeutung widerspiegeln. Die bisher vereinzelten Auswertungen sollen in Phase IV in eine übergreifende Analyse (versch. Arten, ontogenetische Stadien, Konkurrenzsituationen, Störfaktoren) der Allometrie auf Pflanzen- und Bestandesebene münden.

Beitrag von vernachlässigten Nutzpflanzen zum Aufbau resilienter Anbausysteme in der Ära des Klimawandels im Manyoni Distrikt- Tansania

Ziel des Vorhabens ist eine Analyse des Beitrags von vernachlässigten, einheimischen Nutzpflanzen für nachhaltige, traditionelle und unabhängige Ernährungssysteme in Tansania in Zeiten des Klimawandels und anderer Krisen. Zur Sicherung der Ernährungsgrundlage der lokalen Bevölkerung und zum Erhalt der natürlichen Ressourcen (Boden, Wasser, Biodiversität) soll im Rahmen eines Promotionsprojektes die Rolle von vernachlässigten einheimischen Nutzpflanzen als Anbaualternative, insbesondere in marginalisierten Anbaugebieten, untersucht werden, da diese an die lokalen Bedingungen angepasst und tolerant für abiotische Stressfaktoren sind. Weiterhin zielt das Projekt darauf ab, die Bereitschaft der Landwirtinnen und Landwirte zum Anbau der ausgewählten Nutzpflanzen sowie die Rentabilität dieser Nutzpflanzen entlang der Wertschöpfungskette zu evaluieren. Im Speziellen soll eine Datengrundlage dafür geschaffen werden, welches Potenzial vernachlässigte Nutzpflanzen haben, um einen Beitrag zu nachhaltigen und gesunden Ernährungssystemen zu leisten und wie sie die genetischen Ressourcen erweitern können im Hinblick auf die Anpassung an den Klimawandel. Zudem wird untersucht, wie diese Nutzpflanzen zur Verbesserung der Ernteerfolge und zu einer ökologischen Nachhaltigkeit im Manyoni Distrikt, insbesondere in der Itigi Division und den umliegenden Dörfern, beitragen.

Analyse der MKK1 und MKK2 Stresssignalwege

Umwelt Stressfaktoren beeinträchtigen sowohl das Wachstum als auch den Ertrag von allen Pflanzen. Aus diesen Gründen ist ein Verständnis der Stressanpassung von wesentlicher Bedeutung für die Pflanzenzüchtung. Während der letzten zehn Jahre lag das Augenmerk der Forschung hauptsächlich auf der Identifizierung von Stress-induzierten Genen und in mehreren Fällen konnte durch Überexpession bestimmter Gene auch eine verbesserte Stresstoleranz erzielt werden. Im Gegensatz dazu sind die molekularen Mechanismen, die Expression dieser Stressgene regulieren, noch weitgehend unklar. Wir konnten vor kurzem einen spezifischen MAP Kinase Signalweg in Arabidopsis identifizieren, der die MAP Kinase Kinase MKK2 und die beiden MAP Kinasen MPK4 und MPK6 involviert. Analysen zeigten, dass die Überexpression von MKK2 zu erhöhter Kälte- und Salztoleranz von Arabidopsispflanzen führt. Mittels Transkript, Phosphoprotein und Metabolit Profiling Techniken soll innnerhalb des vorliegenden Projekts der Mechanismus und die molekularen Targets dieses Signalwegs identifiziert und auf ihre biologische Bedeutung hin untersucht werden.

Die Bedeutung chemischer Standortfaktoren für die kleinräumige Verbreitung epiphytischer Flechten

Die Bedeutung chemischer Standortfaktoren für die kleinräumige Verbreitung epiphytischer Flechten soll untersucht werden. Der Grund hierfür ist, dass bei der Untersuchung der Standortfaktoren innerhalb eines gegebenen Waldökosystems mit räumlich konstanter Immissionsbelastung chemische Faktoren bisher häufig vernachlässigt wurden, im Rahmen der bisherigen Arbeiten des Antragstellers in einem ausgewählten Ökosystem (nämlich in montanen Fichtenwäldern des Harzes) aber ein ganz entscheidender Einfluss eben der chemischen Standortfaktoren nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen sollen in ausgewählten Laub- und Nadelwaldökosystemen der US-Bundesstaaten New York und Pennsylvania durchgeführt werden und knüpfen an dort bereits 1999 vom Antragsteller initiierte Studien an. Die Standortchemie soll vor allem durch Niederschlags- und Borkenanalysen charakterisiert werden. Neben den chemischen Faktoren sollen auch Messungen zum Mikroklima durchgeführt werden, um die Bedeutung dieser beiden Faktorenkomplexe für die kleinräumige Epiphytenverbreitung quantitativ bewerten zu können. Dies ist nicht zuletzt deshalb sinnvoll, weil das Mikroklima bisher von vielen Autoren als ausschlaggebend für die kleinräumige Verbreitung von epiphytischen Flechten in Wäldern angesehen wurde.

Quantifizierung der Auswirkungen von Blitzschlägen auf die Dynamik und Kohlenstoffspeicherung von Wäldern mithilfe eines dynamischen globalen Vegetationsmodells

Blitze stellen einen bedeutenden, jedoch oft unbeachteten Störfaktor in Waldökosystemen dar, deren potenzielle Auswirkungen derzeit unterschätzt werden. Jüngste Forschungen in einem tropischen Wald in Panama haben ergeben, dass jeder Blitzschlag durchschnittlich zum Tod von 3,5 Bäumen führt und dass Blitze für über 40% der Mortalität großer Bäume verantwortlich sind. Angesichts einer erwarteten Zunahme der Blitzaktivitäten in einem wärmeren Klima wird die durch Blitze verursachte Baummortalität die Walddynamik in Zukunft voraussichtlich noch stärker beeinflussen. Aktuelle dynamische globale Vegetationsmodelle berücksichtigen jedoch keine Blitzschäden an Bäumen. Dies könnte zu erheblichen Verzerrungen bei der simulierten Waldstruktur, Zusammensetzung, Kohlenstoffspeicherung und Ökosystemdienstleistungen unter heutigen und zukünftigen Umweltbedingungen führen. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Forschungslücke zu schließen, indem blitzbedingte Baummortalität in das etablierte dynamische globale Vegetationsmodell LPJ-GUESS implementiert wird. Ich werde die blitzbedingte Mortalität basierend auf der lokalen Blitzhäufigkeit, Baumdurchmessern und Baumdichte berechnen und dabei berücksichtigen, dass die Mortalität pro Einschlag für große, eng beieinanderstehende Bäume am höchsten ist. Nach erfolgreicher lokaler Evaluierung werde ich globale Simulationen durchführen, um Einblicke darüber zu gewinnen, wie Blitze Waldökosysteme in verschiedenen Regionen prägen und um die Bedeutung von blitzbedingter Baummortalität im Vergleich zu anderen Absterbeursachen abzuschätzen. Darüber hinaus werde ich zukünftige Simulationen durchführen, die von Projektionen des Klimawandels sowie Änderungen in der Blitzhäufigkeit angetrieben werden, um das Fortbestehen der Waldkohlenstoffsenke unter globalen Umweltveränderungen zu untersuchen. Schließlich wird die Darstellung von Blitzen in LPJ-GUESS es mir auch ermöglichen, deren indirekten Auswirkungen auf die Vegetation zu untersuchen, indem sie andere Störungen wie Waldbrände, Insektenausbrüche oder Windwürfe begünstigen. Das übergeordnete Ziel des Projekts besteht darin, die Bedeutung von blitzbedingter Baummortalität in Waldökosystemen zu bewerten und die ökologischen Risiken und Auswirkungen, die mit einer zunehmenden Blitzhäufigkeit einhergehen, abzuschätzen. Letztendlich wird die Integration blitzbedingter Mortalität in LPJ-GUESS zu verlässlicheren Simulationen der Kohlenstoffspeicherung von Wäldern führen und somit wertvolle Erkenntnisse für fundierte Entscheidungen in Bezug auf Landnutzungsstrategien zum Klimaschutz, Naturschutz und Anpassung liefern.

Datengetriebene und genom-editierte Züchtung lokal angepasster Weizensorten zur Steigerung der Agrarbiodiversität, der nachhaltigen Klimaresistenz und der Ressourceneffizienz, Teilvorhaben F

Züchtung von Saflor, Teilprojekt A

Züchtung von Saflor, Teilprojekt C

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Biologische Konsequenzen von temperaturbedingten Stressfaktoren über mehrere Zeitskalen

Die Kenntnis der physiologischen Toleranzgrenzen rezenter Arten ist eine Grundvoraussetzung für die Interpretation der Reaktion fossiler Organismen auf temperaturbedingte Stressfaktoren. Umgekehrt kann die Vorhersage der biologischen Konsequenzen des aktuellen Klimawandels von der Kenntnis fossiler Muster der Erdgeschichte profitieren. Eingebettet in die Forschergruppe TERSANE schlagen wir ein Projekt vor, das explizit neontologische und paläontologische Ansätze kombiniert und die Konsequenzen von Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffarmut auf marines Leben zu beurteilen. Unser Projekt fokussiert auf die Kompilation und Analyse von großen Datensätzen und hat drei wesentliche Komponenten: (1) Eine Meta-Analyse von (a) heutigen Organismen wird experimentelle und Beobachtungsdaten zur Reaktionen und Toleranzgrenzen von marinen Organismen auswerten und die Empfindlichkeit höherer, fossil überlieferter Taxa in Bezug auf Erwärmung, Ozeanversauerung und Sauerstoffknappheit in ihrer Synergie zu quantifizieren, während (b) eine Meta-Analyse fossiler Daten auf die Beurteilung des Liliput-Effekts abzielt, der plakativ die Verkleinerung von Körpergrößen im Gefolge von Massenaussterben umschreibt und manchmal auf temperaturbedingte Stressfaktoren zurückgeführt wird. (2) Die Analyse von Primärdaten aus dem Fossilbericht dient der Evaluation der physiologischen und biogeographischen Selektivität der end-Permischen und unterjurassischen Aussterbeereignisse um zu testen, ob die physiologischen Prinzipien, die aus heutigen Beobachtungen abgeleitet wurden, skalenunabhängig auch auf Aussterberisiken bei extremem Klimawandel angewandt werden können. (3) Die Beurteilung fossiler Raten von Umweltveränderungen ist wichtig, um zu testen, ob die damaligen Raten tatsächlich viel geringer waren als zum Beispiel in den letzten 50 Jahren gemessen wurde. Alternativ sind die geringeren Raten aus der geologischen Überlieferung nur eine statistisches Artefakt aus den verschiedenen Beobachtungszeitskalen. Eine skalenbereinigte Ratenanalyse wird helfen, die Daten aus der erdgeschichtlichen Vergangenheit besser für die heutige Ökologie des globalen Wandels verwertbar zu machen. Diese drei Komponenten werden schließlich integriert um die Gemeinsamkeit der Muster und öko-physiologischen Selektivität von Artensterben zu beurteilen, wie sie sich heute und im Fossilbericht abzeichnen.

Scenarioanalyse mit dem dynamischen Gewaessermodell SALMO zur Prognose der Wassergueteentwicklung in stehenden und gestauten Gewaessern

Mit dem am Institut fuer Hydrobiologie entwickelten dynamischen Oekosystemmodell SALMO laesst sich der Einfluss externer Belastungsquellen (Naehrstoffe, organische Belastung) und gewaesserinterner Massnahmen (Stauspiegelabsenkung, Teilzirkulation, Biomanipulation) auf die Wasserqualitaet von Talsperren und Seen (Phytoplanktonbiomasse, Sauerstoff, Nitratkonzentration) abschaetzen. So half das Modell in einer Studie der IDUS-GmbH bei der Charakterisierung von Einfluss und Wechselwirkungen unterschiedlicher Belastungskomponenten (Naehrstoffe, lichtabsorbierende Stoffe) bezueglich der Wasserguete der Talsperre Bleiloch. Unter massgeblicher Beteiligung des Instituts fuer Automatisierungs- und Systemtechnik der TU Ilmenau entstand eine komplette Neuimplementierung des Gleichungssystems mit dem Simulationssystem Matlab/Simulink sowie in der objektorientierten Programmiersprache JAVA. Diese ermoeglicht die Simulation raeumlich kompartimentierter Gewaesser, eine einfachere Handhabbarkeit des Gleichungssystems und eine betraechtliche Erweiterung des Anwendungsspektrums von SALMO als Werkzeug fuer Forschung, Lehre und Entscheidungsfindung.

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