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Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Biomarker in Biotaproben der Umweltprobenbank - Machbarkeitsstudie (Betrieb der Umweltprobenbank des Bundes, Teilbank Umweltproben, ab dem 1.1.2000)

Aktuelle Publikationen und Tagungen zum Thema Biomonitoring belegen, dass die Anwendung molekularer Biomarker in Biotaproben zur Identifikation von Umwelteinflüssen auf genetischer Ebene immer mehr an Bedeutung zunimmt. Das Ziel dieser Studie war es daher zu überprüfen, ob die Verwendung von Biomarkern auf genetischer Ebene in Jahreshomogenatproben der Umweltprobenbank (UPB) des Bundes prinzipiell ebenfalls möglich ist. Im Rahmen dieser Machbarkeitsstudie wurden Untersuchungen mit archivierten Muskulatur- und Leberproben von Brassen (Abramis brama) durchgeführt, da diese zum einen im UPB-Programm schon langjährig beprobt werden. Zum anderen sind Fische in der aquatischen Umwelt einer Vielzahl von Schadstoffen ausgesetzt, so dass sich hier viele potentielle Anwendungen ergeben. Weiterhin liegen für Fische umfangreiche Daten aus genetischen Untersuchungen im Labor vor. So ist es durch die Ableitung aus den bekannten Gensequenzen des Zebrabärblings (Danio rerio), einer mit dem Brassen verwandten Spezies, gelungen, Gene zu identifizieren, die im Brassen durch unterschiedliche Stressoren reguliert werden. Es konnten sowohl Marker detektiert werden, die wirkstoff-unspezifisch reguliert werden, als auch solche, die als wirkstoff-spezifisch anzusehen sind. Als Wirkstoff-unspezifischer Marker konnte das Gen des so genannten Hitzeschockproteins (HSP; heat shock protein) identifiziert werden. HSP wird durch die unterschiedlichsten Stressoren sehr schnell reguliert und repräsentiert dahingehend einen Indikator, der Auskunft darüber gibt, in welchem allgemeinen Stresszustand sich der untersuchte Organismus befand. Als Wirkstoffspezifische Marker wurden die Gene des Metallothioneins, das durch verschiedene Schwermetalle, und des Vitellogenins, das durch östrogenwirksame Substanzen in der Expression stark beeinflusst werden, gewählt. Für diese Gene konnte in Brassenlebern eine von den Expositionsbedingungen abhängige Aktivität nachgewiesen werden. So zeigten Fische von belasteten Standorten im Vergleich zu einem Referenzstandort eine höhere Expression dieser Gene. Die vorliegende Studie zeigt damit prinzipiell, dass molekulare Biomarker auch in Brassenproben der Umweltprobenbank des Bundes im Sinne eines retrospektiven Monitoring erfolgreich Anwendung finden können. Mit Hilfe der DNA-Microarray Technik wird es nun möglich, entsprechende Untersuchungen auf eine Vielzahl relevanter Gene auszuweiten und an einer großen Probenzahl durchzuführen. Damit könnten die bisher schon erfolgreich durchgeführten retrospektiven Untersuchungen von UPB-Proben zur Exposition von Fischen gegenüber Schadstoffen mit Daten zu möglichen Effekten auf genetischer Ebene ergänzt werden. Da Biomarker geschlechtsspezifisch unterschiedlich reagieren können (z.B. Vitellogenin), wird empfohlen, insbesondere die Brassen für die UPB zukünftig nach Geschlechtern getrennt zu beproben und einzulagern, um so die Anwendungsmöglichkeiten noch zu erweitern.

Haushalt und Flüsse des wurzelbürtigen Kohlenstoffs in Nahrungsketten

Rhizodeposition der Pflanzen ist eine wichtige primäre Kohlenstoff- (C) und Energiequelle für Bodenorganismen. Die Ziele dieses Projektes sind die Abschätzung des C-Eintrages durch Mais in den Boden, die Verfolgung des wurzelbürtigen C in der ganzen Nahrungskette im Boden und die Aufstellung von C-Bilanzen. Mais wird in der 13CO2- und 14CO2-Atmosphäre markiert, um zwischen den wurzelbürtigen und bodenbürtigen C zu unterscheiden und den Haushalt des wurzelbürtigen C zu bestimmen. Der Einbau von wurzelbürtigem C in Mikroorganismen, Nematoden, Collembolen und Predatormakrofauna wird quantifiziert. 14C-Phosphor-Imaging der Wurzel ermöglicht es Hotspots der Rhizodeposition und der Exsudation zu lokalisieren. 13C-Pulsmarkierung wird die Empfindlichkeit der Koppelung des 13C mit Biomarker der Bakterien und Pilze (PLFA, Ergosterol) und Collembolen (neutrale Lipide) wesentlich erhöhen. Die Verzögerung zwischen der Photoassimillation der Pflanze, Wurzelexsudation in die Rhizosphäre und Einbau vom wurzelbürtigen C in die einzelnen Organismen wird bestimmt. Dies wird die Aufstellung und Modellierung des C-Flusses durch die Nahrungsketten im Boden ermöglichen. Durch mehrfache 13C-Pulsmarkierung von Mais wird eine hohe 13C-Anreicherung der Mikroorganismen erreicht, um anschließend die aktivsten Spezies in der Rhizosphäre mit Hilfe von Stable Isotope Probing (SIP) zu bestimmen.

REFOPLAN 2025 - Ressortforschungsplan 2025, Humanbiomonitoring-Analytik für die Deutsche Umweltstudie zur Gesundheit (GerES VI, 2023-24): 4-Nonylphenol und Ethoxyquin im Urin

Ziel des Vorhabens ist es, die in GerES VI gewonnenen Proben der Erwachsenen (18-79 Jahre) auf die Schadstoffe 4-Nonylphenol und Ethoxyquin zu analysieren. 4-Nonylphenol ist aufgrund seiner endokrin schädigenden Eigenschaften in der ECHA-Liste der besonders besorgniserregenden Stoffe (SVHC) aufgeführt. Ethoxyquin ist ein Futtermittelersatzstoff, dessen Verwendung in der EU seit 2017 aufgrund fehlender Sicherheitsinformation aufgesetzt ist. Biomarker dieser zwei Substanzen werden in ca. 1500 Teilnehmendeurinproben quantifiziert, hierfür kommen neue analytische Methoden zum Einsatz, die im Rahmen der BMU/VCI Initiative entwickelt wurden. Zusammen mit den Ergebnissen der Befragung der teilnehmenden Personen liefern die Analysen die ersten repräsentativen Daten zur Belastung der in Deutschland lebenden Bevölkerung mit 4-Nonylphenol und Ethoxyquin.

Bakterien als neuer Biomarker zur besseren Überwachung und Steuerung von Biogasfermentern mit Rest- und Abfallstoffen, Teilvorhaben 3 (PFI): Co-Fermentation mit Rest- und Nebenprodukten unter Simulation hoher Raumbelastungen und Stickstofffrachten

Bakterien als neuer Biomarker zur besseren Überwachung und Steuerung von Biogasfermentern mit Rest- und Abfallstoffen, Teilvorhaben 1: Validierung von und Suche nach neuen Biomarkern

Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Umweltauswirkungen von Klima und Vulkanismus während des Marinen Isotopenstadiums 5 in den Tiefländern Zentralamerikas

Der Petén-Itzá-See, gelegen in den nördlichen Neotropen Zentralamerikas, ist ein einzigartiger Ort, um den Klima- und Umweltwandel in der Vergangenheit und Gegenwart zu verstehen. Aufgrund seiner Anfälligkeit für bedeutende Klimatreiber wie die Innertropische Konvergenzzone (ITCZ) und die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation (AMOC) bietet der See eine ideale Umgebung zur Untersuchung der Auswirkungen klimatischer und vulkanischer Ereignisse auf die Landschaft und die Reaktion der Ökosysteme. Seine Nähe zu großen vulkanischen Zentren in West-Zentralamerika macht ihn zu einem besonderen Standort, um die Wechselwirkung von Klima und Vulkanismus im Laufe der Zeit zu erforschen und die kombinierten Auswirkungen auf terrestrische und aquatische Ökosysteme zu bewerten. Im Jahr 2006 wurden vom International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) Sedimentkerne aus dem Petén-Itzá-See gewonnen, die eine der längsten und ältesten kontinentalen Sedimentabfolgen in den nördlichen Neotropen darstellen und etwa 400.000 Jahre umfassen. Durch jüngste Fortschritte in der Chronologie dieses Archivs ist es nun möglich, Klimasignale zu untersuchen, die älter als 80.000 Jahre sind, einschließlich des MIS5-Interglazials (Marines Isotopenstadium 5; 130-70 ka BP). Diese Periode, die als Analogon zur heutigen globalen Erwärmung betrachtet wird, ist besonders wertvoll, um die Reaktionen von Ökosystemen in einer biodiversen und dicht besiedelten Region wie den Tiefländern Zentralamerikas zu verstehen und mögliche Anwendungen für zukünftige Klimaszenarien abzuleiten. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Auswirkungen des früheren Klimas auf terrestrische und aquatische Ökosysteme in den Tiefländern Zentralamerikas während MIS5 zu analysieren. Wir werden innovative Biomarker, darunter n-Alkane und GDGTs, anwenden, um Veränderungen in der Produktivität des Sees, der Vegetationsdecke, den Wasserspiegeln, der Sauerstoffversorgung am Grund und der atmosphärischen Temperatur zu rekonstruieren. Durch die Analyse dieser Proxys möchten wir klimatische Unterschiede und mögliche Umweltunterschiede in den Neotropen identifizieren. Das Projekt wird auch die Reaktion der Ökosysteme auf zwei bedeutende quartäre Eruptionen untersuchen, die in den Sedimenten des Petén-Itzá-Sees dokumentiert sind: L-Tephra (124 ka BP) und Los Chocoyos (75 ka BP), die in verschiedenen Klimakontexten auftraten. Wir werden dabei speziell untersuchen, ob diesen Ereignissen ein vulkanischer Winter folgte, und die Erholungszeiten von See und Landschaft analysieren. Diese Forschung wird wertvolle Erkenntnisse für die Paläoklimatologie und Vulkanologie sowie für die Untersuchung des quartären Klimas in den globalen Tropen liefern und gleichzeitig relevante Daten für die Planung der Resilienz von Ökosystemen in den Tiefländern Zentralamerikas bereitstellen.

Plant wax composition of sediment core ROT21 from the Rotsee, Switzerland

This dataset contains compound-specific hydrogen (δ2H) and carbon (δ13C) isotope compositions and concentrations of long-chain n-alkanes and fatty acids (n-alkanoic acids) from the ROT21 sediment record of Rotsee, Central Switzerland (47°04′10″N, 8°18′48″E, 419 m a.s.l.). Sediment cores were retrieved in October 2021 using a UWITEC gravity corer, and the dataset spans the past ~13,000 years based on 19 radiocarbon dates (terrestrial and aquatic macrofossils) integrated with 210Pb and 137Cs profiles (see De Jonge et al., 2025). Laboratory analyses were conducted between February 2023 and November 2024 at the University of Basel. Sediment samples (~2–5 g) were sub-sampled, freeze-dried, spiked with internal standards (n-C19-alkanoic acid, n-C36-alkane, 2-octadecanone, and n-C21-alkanol), and extracted with dichloromethane/methanol (9:1, v/v) using an Accelerated Solvent Extractor (Dionex ASE 350, Thermo Fisher Scientific). Following saponification, neutral fractions were separated via silica gel chromatography, and fatty acids were converted to fatty acid methyl esters (FAMEs). Both n-alkanes and FAMEs were further purified to isolate saturated compounds using AgNO3-impregnated silica gel columns, then analyzed and quantified by gas chromatography with flame ionization detection (GC-FID). Peak areas were normalized to recovery standards to account for potential losses during sample handling, and compounds were identified by comparison with external standards. Compound-specific δ2H and δ13C values were determined by gas chromatography-isotope ratio mass spectrometry (GC-IRMS) and normalized to the VSMOW-SLAP (δ2H) and VPDB (δ13C) scales. Analytical precision was ±3-5 ‰ for δ2H and ±0.2–0.3 ‰ for δ13C. The dataset was generated to reconstruct past hydroclimate and vegetation dynamics in Central Europe using plant wax δ2H records. Full methodological details are provided in the study: Central Europe hydroclimate since the Younger Dryas inferred from vegetation-corrected sedimentary plant wax δ2H values (Santos et al., 2026).

A multi-biomarker approach using caged blue mussel, Mytilus edulis, on three World War shipwrecks in the North Sea

This dataset contains results from a field-based exposure study assessing the biological effects of submerged munitions on the marine bivalve Mytilus spp.. Mussels were collected from Sylt Island (North Sea) and exposed at three historic munition wrecks: SMS Mainz (Germany), KW58 Hendericus (Belgium), and UC30 (Denmark). At each site, mussel cages were deployed directly on or near the wreck structures for several weeks. After recovery, mussels were assessed for mortality and dissected for histochemical and biochemical analyses. Tissues (gills, mantle, and digestive gland) were examined for histological biomarkers including lipofuscin, glycogen, neutral lipids, as well as sex and gonadal maturity. Enzymatic activities of catalase (CAT) and glutathione S-transferase (GST) were measured spectrophotometrically and normalized to protein content.

Ökosystemantworten auf kontinuierliche Offshore Schallspektren, Vorhaben: Die Auswirkungen anthropogener Unterwassergeräusche auf Verhalten und physiologische Reaktionen von Zooplankton

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