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Befallsmechanismen des hyperparasitischen Pilzes Fusarium oxysporum f.sp. orthoceras gegenüber Orobanche cumana, einem parasitischen Unkraut der Sonnenblume

Einleitung: Die Sommerwurzgewächse (Orobanchaceae) sind parasitische Blütenpflanzen, die sich über ein Kontaktorgan (Haustorium) an die Wurzel der Wirtspflanze anhaften und von ihr Wasser, Nährstoffe und Assimilate aufnehmen. Zu den Wirtspflanzen einiger Orobanche-Arten zählen auch wichtige Nutzpflanzen, wie etwa Bohnen, Sonnenblumen oder Tabak. Je nach Befallsintensität kann es zu signifikanten Ertragsminderungen oder sogar zu kompletten Ertragsverlusten kommen. Insbesondere im Mittelmeergebiet, Asien und Nordafrika steigt die Bedrohung der Nutzpflanzenproduktion durch Orobanche stetig an. Die Kontrolle von Orobanche mit Hilfe von Herbiziden ist teuer, schwierig handhabbar und nicht ausreichend effektiv. Resistenzzüchtungen der Nutzpflanzen werden aufgrund des Vorkommens verschiedenster Orobanche-Rassen (mit verschiedenen Pathogenitätsfaktoren) schnell durchbrochen. Leider fehlen bislang ausreichende Informationen zur Interaktion von Orobanche mit den jeweiligen Wirten. Anhand derartiger grundlegender Erkenntnisse könnten alternative oder verbesserte Kontrollmaßnahmen entwickelt werden. Stärkung der Resistenz der Nutzpflanzen (induzierte Resistenz) oder die Verwendung Orobanche-spezifischer Antagonisten (wie etwa des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras) als biologisches Kontrollagens stellen wirksame Möglichkeiten der Kontrolle des Pathogens dar. Ziele: Als Modell zum Verständnis der Interaktion der Sommerwurz mit seinen Wirten wird die Assoziation von Orobanche cumana Wallr. und der Sonnenblume (Helianthus annuus L.) verwendet. Die Ziele des Projektes sind: - grundlegender Erkenntniszuwachs zur Interaktion von O. cumana und H. annuus. - Wirkungsweise des Hyperparasiten F. oxysporum f.sp. orthoceras auf seinen Wirt O. cumana (Biochemie, Histologie), - Auswirkung von Pflanzenstärkungsmitteln als Resistenzaktivatoren der Sonnenblume auf den Befall mit O. cumana.

Schutz von Oekosystemen und Artenschutz

Ueberwachung von Naturschutzgebieten und Vorschlaege fuer den Aufbau eines Regionalsystems von Naturschutzgebieten. Insbesondere Schutz von Feucht- und Nassgebieten in Mitteleuropa, Artenschutz in der Bundesrepublik Deutschland (Farn- und Bluetenpflanzen).

Schwerpunktprogramm (SPP) 1374: Biodiversitäts-Exploratorien; Exploratories for Long-Term and Large-Scale Biodiversity Research (Biodiversity Exploratories), Teilprojekt: MacroBEEs: Wie beeinflusst Landnutzung Interaktionen zwischen Bienen und Pflanzen sowie deren mutualistische Kosequenzen?

Interaktionen zwischen Bienen und Blütenpflanzen sind Teil eines 'berühmten' und evolutiv 'alten' Mutualismus, welcher die reproduktive Fitness von Pflanzen und Bienen maßgeblich bestimmen kann. Die Struktur, Stabilität und Fitness-Auswirkungen hängen dabei von der Diversität und Zusammensetzung der interagierenden Gemeinschaft ab, welche ihrerseits stark von der vorherrschenden Landnutzung beeinflusst werden. So nimmt die Diversität von Interaktionspartnern und Interaktionen mit zunehmend intensiverer Landnutzung ab. Welche Auswirkungen das auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner hat, ob diese Auswirkungen abhängig von der Art oder Gemeinschaft variieren, und wie das mit der Struktur des Interaktionsnetzwerkes zusammen hängt, wurde bisher jedoch kaum experimentell untersucht und soll nun in MacroBEEs geklärt werden. Dabei bauen wir auf bereits bestehenden Daten zu Interaktionsnetzwerken abhängig von Landnutzung auf und nutzen sowohl das etablierte Plot-Netzwerk als auch die neuen 'multi-grassland experiment' Plots, um besser zu verstehen, wie sich Landnutzung unabhängig von anderen Faktoren auf die reproduktive Fitness der Interaktionspartner auswirkt. Im Rahmen von drei 'Work Packages' (WPs), sollen folgende Fragen geklärt werden:1. Wie wirken sich Landnutzungs-bedingte Veränderungen in der Diversität und Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften auf die Besuchsmuster und Furagierentscheidungen von wilden Bienen und Honigbienen aus (WP1)?2. Wie beeinflussen diese Furagierentscheidungen die taxonomische und chemische (Nährstoff-) Zusammensetzung der erstellten (Pollen und Nektar) Diäten und damit die Gesundheit und Fitness der Tiere (WP2)?3. Wie beeinflussen Veränderungen der Besuchsmustern den Transfer von Pollen innerhalb und zwischen Pflanzenarten und folglich den Samenansatz und damit den Bestäubungserfolg von Pflanzen (WP3)? Um diese Fragen zu beantworten, werden wir ganz unterschiedliche Methoden anwenden (Beobachtungen im Feld, DNA Metabarcoding von Pollen von Bienen und Blüten, chemischer Analytik, Fütterungsversuche mit Bienen im Labor, Netzwerkanalysen und Modeling) und eng mit anderen geplanten sowie den Kern-Projekten zusammenarbeiten. Dabei können wir auf Daten zu Bestäubernetzwerken in Abhängigkeit von Landnutzung seit 2008 zurückgreifen, was die einzigartige Möglichkeit eröffnet, Langzeiteffekte von Landnutzung auf Netzwerk Stabilität, Widerstandfähigkeit, Interaktions-Asymmetrien usw. dieses bedeutenden Mutualismus zu untersuchen. Indem wir zusätzlich die Mechanismen untersuchen, welche den Auswirkungen von Landnutzung auf den Reproduktionserfolg von Bienen und Pflanzen zu Grunde liegen, ermöglicht MacroBEEs ein weitreichenderes Verständnis darüber, wie sich Landnutzung auf die funktionale Stabilität von Bestäubernetzwerken und damit die Sicherheit der Bestäubungsleistung in Pflanzengemeinschaften auswirkt.

Analyse der Verbreitung von Farn- und Blütenpflanzen in Naturräumen der Südpfalz unter Einbezug standörtlicher und landschaftsgenetischer Fragestellungen

Ziel des Projektes ist die Dokumentation des aktuellen Vorkommens indigener und synanthroper Pflanzensippen im Gebiet Verbreitungskarten in 1/64 Messtischblattraster). Durch Vergleich der aktuellen Verbreitung der Pflanzensippen mit historischen Quellen (Lit., Herb., hist. Karten, Luftbild) soll der Florenwandel dargestellt werden.

Untersuchungen zur Gefährdung von Farn- und Samenpflanzen als Grundlage für den Schutz der biologischen Vielfalt und für die Umsetzung der FFH-Richtlinie

Es wird die Funktion der Koordinierung der oben genannten Forschung für den Regierungsbezirk Leipzig übernommen. Es werden Daten über Verbreitung, Standortansprüche und Bestandsveränderungen von Farn- und Samenpflanzen erhoben und ausgewertet. Belegmaterial wird im Herbarium der Universität archiviert. Wir bieten anderen Institutionen, aber auch Einzelpersonen den Service an, taxonomisch schwierige Sippen zu determinieren bzw. Belege zu revidieren.

Langzeituntersuchungen zum Einfluss der ungestörten Sukzession und des Mulchens auf den Pflanzenbestand und Bodeneigenschaften einer feuchten Glatthaferwiese

Wiesen auf zeitweise vernässten, sommertrockenen Böden sind meist ein Produkt jahrzehntelanger landwirtschaftlicher Nutzung. Nur selten handelt es sich bei solchen Flächen um oligotrophe Biotope, die zu den am schützenswertesten mitteleuropäischen Landschaften gehören. Dennoch können solche Wiesen auch bei mittlerem und höherem Nährstoffstatus recht artenreich sein. Ziel dieses Projektes ist es, die mittel- und langfristigen Folgen der Nutzungsaufgabe auf solchen Grünlandstandorten aufzuzeigen. In welchen Zeiträumen ist mit einschneidenden Veränderungen der botanischen Zusammensetzung und der bodenchemischen Eigenschaften zu rechnen und welche Unterschiede bestehen zwischen der ungestörten Sukzession und einmaligem Mulchen pro Jahr? Der Freilandversuch wurde im Jahr 1979 in langjährig bewirtschaftetem Grünland etabliert, das pflanzensoziologisch als Arrhenatherion elatioris feuchter Ausprägung einzuordnen ist. Der Ausgangsbestand war dominiert von Leguminosen und anderen Kräutern. Der Versuch mit vier Wiederholungen beinhaltet drei Behandlungen, die über 25 Jahre unverändert geblieben sind: ungestörte Sukzession, einmaliges Mulchen pro Jahr im Juli und extensive Wiesennutzung (= moderate mineralische Düngung, ein bis zwei Schnitte pro Jahr, Erstnutzung in der Regel in der ersten Juni-Hälfte).

Stadtbienen unter Stress? Wechselwirkungen von Urbanisierungsfaktoren auf Bienen und Bestäubung

Als ganz eigene Ökosysteme stellen Städte die Ökosystemforschung und den Schutz von Biodiversität vor eine neue Herausforderung. Urbane Lebensräume können artenreiche Gemeinschaften an z.B. Blütenpflanzen und Insektenbestäubern beherbergen, bedrohen diese sowie assoziierte Bestäubungsleistungen aber zeitgleich durch urbane Stressoren, die so in ihren ursprünglichen Lebensräumen nicht vorkommen, z.B. städtische Hitze. Theoretisch sollten Bestäubergemeinschaften mit einer hohen funktionalen Vielfalt und einer ausgewogenen Verteilung von Merkmalen widerstandsfähiger gegenüber solchen Stressfaktoren sein und somit die Bestäubungsfunktion auch dort aufrechterhalten, wo Arten verloren gehen. Es gibt jedoch nur wenige Studien über die Auswirkungen städtischer Stressfaktoren auf Bestäubergemeinschaften, Bestäubungsnetzwerke und die daraus resultierende Bestäubung. Auch ist wenig darüber bekannt, wie die lokale Bewirtschaftung von Gärten Stressoren z.B. durch die Bereitstellung von floralen Ressourcen abmildern kann. Ziel dieses Projekts ist es zu verstehen, wie Stressoren der Stadtumgebung Wildbienen, ihre Interaktionen mit Pflanzen und Bestäubungsleistungen in städtischen Gärten beeinflussen. Dabei untersuchen wir, wie funktionelle Merkmale von Bienen- und Blütenarten, Bienen-Pflanzen-Netzwerke sowie die Nahrungsversorgung von Bienen und die Bestäubung durch urbane Stressoren beeinflusst werden. Außerdem wollen wir herausfinden, wie zu erwartende negative Effekte durch eine entsprechende Gartenbewirtschaftung abgemildert werden können. Um dies zu erreichen, betrachten wir sowohl die Perspektive der Bienen als auch die der Pflanzen. Um diese Fragen zu beantworten, untersuchen wir in 30 Gärten in den Metropolregionen Berlin und München (i) die Verteilung von Merkmalen und Bienen-Pflanzen-Interaktionen empirisch und (ii) die Nahrungsversorgung von Bienenversorgung und Bestäubung von Nutzpflanzen experimentell. Zusätzlich greifen wir auf (iii) sozialwissenschaftliche Methoden zurück, um besser zu verstehen, welche Faktoren Managemententscheidungen von Gartenbesitzern bestimmen, die ihrerseits negative Auswirkungen für Wildbienen und assoziierte Ökosystemfunktionen entweder abmildern oder verschlimmern können. Dabei kombinieren wir Methoden der analytischen Chemie, Netzwerk- und Merkmalsanalyse sowie Modellierung, um das Beziehungsgefüge zwischen Biodiversität, Management und Stressoren in urbanen zu klären. Unsere Teams vereinen dabei ihre jeweilige Expertise in Umweltchemie und Stadtökologie. So können wir zu einem besseren Verständnis der grundlegenden Mechanismen beitragen, welche der Erhaltung von Biodiversität, den Interaktionen zwischen Arten und den Ökosystemfunktionen in bisher noch wenig erforschten urbanen Ökosystemen zu Grunde liegen.

Das Bodendauerbeobachtungsprogramm von Niedersachsen - Projektteil Flora und Vegetation

Das Niedersaechsische Bodendauerbeobachtungsprogramm ist fuer das Umweltmedium Boden ein Monitoringsystem zur fruehzeitigen Risikovorhersage als Grundlage fuer eine nachhaltige Daseinsvorsorge. Aufbau und Projektleitung liegen beim Niedersaechsischen Landesamt fuer Bodenforschung. In dem Projektteil Flora und Vegetation wird der Pflanzenbestand nach standardisierten Methoden ueber die Zeitachse dokumentiert, um Aussagen zum Bodenzustand und seiner Veraenderung auf der Basis der Analyse der oekologischen Zeigerfunktion des jeweiligen Artenbestandes zu ermoeglichen. In das Monitoring werden neben den Farn- und Samenpflanzen im Bereich ausgewaehlter Dauerflaechen auch Moose und Flechten einbezogen.

Schutzprogramm fuer besonders gefaehrdete Pflanzenarten

Entwicklung eines Schutzprogramms fuer besonders gefaehrdete Pflanzenarten, bestehend aus der Bestandsaufnahme und der Entwicklung von Schutz- und Pflegemassnahmen fuer ausgewaehlte von Aussterben bedrohte oder stark gefaehrdete Pflanzenarten in Baden-Wuerttemberg.

Der Einfluss von Habitatfragmentierung und Landschaftsstruktur auf die Diversität, Abundanz und Populationsdynamik von Bienen, Wespen und ihren Gegenspielern auf Streuobstwiesen

Die Diversität, Abundanz und Populationsdynamik von Bienen, Wespen und ihren Gegenspielern sollen auf 45 Streuobstwiesen unterschiedlicher Größe, Bewirtschaftung und Landschaftseinbindung über einen Zeitraum von 3 Jahren untersucht werden. Die Aufstellung von insgesamt 540 Nisthilfen für Bienen und Wespen und die jährliche Auswertung der angelegten Nester erlauben Aussagen zur Artenvielfalt und Häufigkeit sowie zur Populationsentwicklung der einzelnen Arten, zu stadienspezifischen Mortalitätsraten, zu Parasitierungsraten und zum Artenspektrum von Gegenspielern sowie dem resultierenden Reproduktionserfolg. Die Landschaftsstruktur wird in acht Radien von 250m bis 3000m um die Streuobstwiesen mit einem Geographischen Informationssystem (GIS) erfasst. Die Bedeutung der Habitatgröße und der Landschaftsstruktur auf unterschiedlichen räumlichen Skalen für die Populationsdynamik kann so getestet werden. Zur Bewertung der Habitatqualität wird der Baumbestand, der Totholzanteil, die Vegetationsstruktur und das Blütenangebot erfasst, um Aussagen zur relativen Bedeutung von Ressourcenverfügbarkeit (Nistmöglichkeiten und Pollenquellen) und Regulation durch Gegenspieler für die Populationsentwicklung auf den Streuobstwiesen zu erhalten. Die Analyse von Pollenproben ermöglicht Aussagen zur Ressourcennutzung und zur relativen Bedeutung der Streuobstwiesen und der umgebenden Landschaft als Nahrungsquelle. Detaillierte Auswertungen und Experimente mit Osmia rufa beinhalten die Entfernung der Gegenspieler an 15 Standorten, die Bestimmung von Kokongewichten und Geschlechterverhältnissen und die individuelle Markierung und Beobachtung schlüpfender Weibchen zur Ermittlung von Sammelzeiten und Ansiedlungsraten.

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