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s/bodenmakrofauna/Bodenmikrofauna/gi

Genetik der symbiontischen Stickstoffixierung in Rhizobium leguminosarum

Wirkung mikrobiologischer Prozesse am Boden und im Wasser auf verschiedene atmosphaerische Spurengase

Zielsetzung: Untersuchungen ueber den Einfluss mikrobiologischer Prozesse im Boden und Oberflaechenwasser der Ozeane auf CO, H2, CFCl3, CF2Cl2, CCl4, Hg, H2CO, N2O und CH4. Bestimmung der Abbauraten und Produktionsraten als Funktion der Bodenart und Bodentemperatur. Messung der im Wasser geloesten Gasanteile im Ozean und Bestimmung ihrer vertikalen Verteilung bis in Wassertiefen von 1000 m. Methoden: in situ-Messungen am Boden sowie an verschiedenen Stellen der Ozeane; Laboruntersuchungen mit verschiedenen Mikroorganismen.

Umweltbedingte subletale Veraenderungen der Membran lebender Zellen und dadurch bedingtes Eindringen biologisch aktiver Makromolekuele in diese Zellen

Lebende Zellen des Menschen, der Tiere und z.B. der Mikroorganismen des Bodens haben eine Zellmembran, die sie von der Aussenwelt (ihrer Umwelt) abgrenzt. Abgrenzung und Schutz des Zellinneren - neben Versorgung und Entsorgung - ist die Aufgabe der Zellmembran. Auf diese Membran koennen von aussen kommende Stoffe einwirken und ihr Abschirmverhalten schwaechen ('Wegbereiter'). Schadstoffe und systemveraendernde Stoffe (genetic engeneering) koennen nun eindringen. - Im gegenwaertigen Vorhaben werden in-vitro-Medien und darin befindliche lebende Zellen als definiertes variierbares kuenstliches Modell eines Oekosystems verwendet, in dem das Verhalten definierter 'Wegbereiter' und 'Eindringlinge' erforscht wird.

Beeinflussung und Abbau von Kunststoffen durch Mikroorganismen

Im Rahmen der 'biologischen Materialpruefung' wird im Laboratoriumsverfahren untersucht, inwieweit Kunststoffe gegenueber Mikroorganismen bestaendig sind oder ob sie Angegriffen oder Abgebaut werden koennen. Verwendet werden Reinkulturen niederer Pilze oder Bakterien, definierte Mischkulturen oder - z.B. beim Erd-Eingrabe-Verfahren - die natuerlichen Mikroorganismenfloren des Bodens. Es handelt sich nicht um ein streng abgegrenztes Thema, sondern um eine Reihe von Einzelthemen, deren Abgrenzungen - je nach Fragestellung - entweder durch die chemische Zusammensetzung der Kunststoffe oder aber durch deren Verwendungszweck (z.B. Dichtungsmaterialien, Folien) gegeben sind.

Ermittlung des Pilzbefalles der Wurzeln von Fichten- und Tannenjungpflanzen in gesunden und umweltgeschaedigten Forstoekosystemen

Die Beobachtung und Untersuchung von Krankheitssymptomen an oberirdischen Pflanzenteilen allein genuegt nicht, um eine Pathogenese zufriedenstellend zu erklaeren. Diese Tatsache ergibt sich aus der Vielzahl von Hypothesen zum Waldsterben, die sich fast ausschliesslich mit oberirdischen Sprossteilen befassen. Der Gesundheitszustand des Wurzelwerks -der unterirdische Wald- ist in eine Diagnose und Prognose ebenso wie bei der Abwehr des Baumsterbens gleichgewichtig mit dem Kronenzustand zu beachten. Diese Aspekte wurden bisher in der Diskussion um das Waldsterben ungenuegend beruecksichtigt. Da die Feinwurzeln unmittelbar nach der Samenkeimung mit den Mikroorganismen des Bodens in Beruehrung kommen, liegen auch hier die Anfaenge einer foerdernden und einer negativen pilzlichen Beeinflussung. Wann eine unguenstige Pilzbeeinflussung an Jungpflanzen von Fichten und Tannensaemlingen beginnt, ist Gegenstand vorliegenden Programms. Die Untersuchungsorte liegen in der Naehe einer Umweltstation des suedlichen Schwarzwaldes in exponierter und in mehr geschuetzter Lage. Der Pilzbefall und seine Wirkung auf die Gesundheit der Pflanzen wird an den beiden unterschiedlichen Standorten (in Bezug auf Umweltbeeinflussung durch Immissionen) untersucht.

DFG Trilateral collaboration Deutschland-Israel-Palestine: Nematodes as potential vectors for human pathogens

Outbreaks of foodborne illness linked to consumptions of fresh, or partially processed, agricultural products are a growing concern in industrialized and developing countries. The incidence of human pathogens on fresh fruits and vegetables is often related to the use of recycled wastewaster in surface irrigation as well as high amounts of animal manure in agricultural management practice. Thereby the soil inhabiting fauna plays an important role in the transport and dissemination of microorganisms. The focus of the proposed project is on nematodes, well known vectors for bacteria and viruses in soil. The major goals are to: (1) survey human pathogens in soil and on/in free-living and plant parasitic nematodes in agriculture field sites irrigated with recycled wastewater or fertilized with fresh animal manure in Israel and the Palestinian Authority, (2) assess the function of nematodes as vectors in transmitting bacteria from microbial hot spots to plants, and (3) localize bacteria on and/or within the nematode and identify bacterial factors required for survival in the nematode host. Understanding the mechanisms involved in dissemination of human pathogens by nematodes will enhance the ability to develop practical means to minimize contamination of fresh produce and increase safety in food production.

Schwerpunktprogramm (SPP) 2322: Systemökologie von Böden - das Mikrobiom und die Randbedingungen modulieren die Energieentladung, Teilprojekt: Sorptionsthermodynamik und Aggregation als Kontrollen der Substratnutzung und Mineralisierung 2: Reaktion auf komplexe Randbedingungen

Die Sorptionsstärke organischer Moleküle an Mineralien und die Stabilität von Aggregaten, die organische Substrate schützen, gehören zu den Randbedingungen, die „die Energie- und Stoffdynamik der Bodenbiota prägen“ (Gesamthypothese C des SPP 2322). Obwohl die Stabilisierung organischer Substanz gegen mikrobielle Nutzung und Mineralisierung im Boden mit Sorption in Verbindung gebracht wurde, ist ihr Zusammenhang mit der Thermodynamik von Sorptionsprozessen weiterhin Gegenstand laufender Forschung. In der ersten Förderphase fanden wir heraus, dass die Sorptionsenergie von Carbonsäuren an Eisenoxidoberflächen wahrscheinlich ein dominierender Faktor für die mikrobielle Verarbeitung und damit die Bindung von Kohlenstoff ist. Bei Zuckern und Aminosäuren überlagerten biochemische Kreisläufe und andere Randbedingungen wie Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeitsgehalt oder pH-Wert die Effekte der Sorption und beeinflussten das Verhältnis mineralisierter/assimilierter Substrate (Kohlenstoffnutzungseffizienz). Um die Reaktion auf komplexe Randbedingungen zu analysieren, die die Energie- und Stoffnutzung beeinflussen, da sie von der Sorptionsthermodynamik abhängen, werden wir die folgenden Hypothesen testen: (HI) Die Gibbs-Freienergie der Sorption kleiner organischer Säuren und die thermodynamische Hysterese steigen mit der Nichtkristallinität des Minerals und den Hydroxylgruppen an der Oberfläche der sorbierenden Oxidmineralien. (HII) Die Kohlenstoffnutzungseffizienz (CUE) wird hauptsächlich durch Assimilation bestimmt und durch eine komplexe Kombination von Randbedingungen (Desorbierbarkeit, Nährstoffverfügbarkeit, Feuchtigkeit und pH-Wert) und nicht durch die Sorptionsstärke allein gesteuert. (HIII) Die mikrobielle Nutzung sorbierter Substrate steigt mit zunehmender funktioneller Vielfalt und Komplexität der mikrobiellen Gemeinschaft des Bodens bei konstanter N-, P- und Energieverfügbarkeit. Und (HIV) die Stabilität mineralischer Aggregate steigt mit sinkendem osmotischem Potenzial und Mikroben produzieren extrazelluläre polymere Substanzen, wodurch die Zugänglichkeit von Substanzen zur mikrobiellen Verarbeitung in wasserstabilen Aggregaten sinkt. Wir werden diese Hypothesen in sechs Arbeitspaketen (AP) anhand gespiegelter mineral- und aggregatbasierter Ansätze in Bochum/Gießen und Freiburg testen. Der mineralbasierte Ansatz skaliert von Oberflächen-Molekül-Interaktionen bis hin zur mikrobiellen Nutzung von an Mineralen sorbierten Substraten mit zunehmender Komplexität der Mineraloberflächen (Anzahl der OH-Gruppen, Kristallinität). Der aggregatbasierte Ansatz skaliert vom Wasserpotenzial von Bodensäulen bis hin zu einzelnen wasserstabilen Aggregaten, die aus komplexen Wechselwirkungen zwischen Wasser, Wärme und Mikroorganismen entstehen. Beide verwenden einen gemeinsamen Satz von Mineralen und Substraten: Goethit, Gibbsit, Kaolinit, Glucose*, Zitronensäure und teilweise Phenol* (*C6-Verbindungen aus dem Kernexperiment). Das Bodenmaterial stammt aus Thyrow (Projektstandard) sowie einer Auswahl der Zeitschritte und aller Bodenmischungen aus den jeweiligen gemeinsamen Batterie- und Komplexitätsexperimenten des SPP. Durch die Kombination der erwarteten Ergebnisse aus komplexen Randbedingungen wird unser Projekt wesentliche Erkenntnisse für die Integration thermodynamischer Konzepte in die Funktionsweise von Bodenökosystemen liefern.

Wechselwirkungen von Mikroorganismen und Schwermetallen in Mikrohabitaten des Bodens

Schwermetallbelastungen der Bodenmikroflora führen zu funktionellen Störungen, Proteindenaturierung und Störungen der Integrität von Zellmembranen. Effekte der toxischen Wirkung von Schwermetallen auf Bodenmikroorganismen wurden in der Vergangenheit vornehmlich an Böden mittels funktioneller Parameter nachgewiesen, ohne die räumliche Anordnung von Mikroorganismen und deren strukturelle Diversität zu berücksichtigen. Ziel dieses Projektes ist es, die Wirkungen von Schwermetallen auf Bodenmikroorganismen in Mikrohabitaten (Sand-, Schluff- und Tonfraktion) zu untersuchen. Dabei wird zunächst in zwei unterschiedlich texturierten Böden überprüft, ob Pilze und Bakterien verschiedene Lebensräume im Boden besiedeln, in denen sie selektiv durch Schwermetalle beeinflusst werden können. Klärschlammbeaufschlagte Böden werden herangezogen, um der Frage der Maskierung der Schwermetallwirkung durch organische Substanz nachzugehen. Das Ziel dieser Untersuchungen wird es sein, die Wirkung der Schwermetalle von der Wirkung der organischen Substanz in Mikrohabitaten zu trennen. Strukturelle Parameter wie Phospholipidfettsäuremuster und DGGE-Profile werden Aussagen zur mikrobiellen Gemeinschaftsstruktur von schwermetallbelasteten Böden und Korngrößenfraktionen liefern. Informationen zur funktionellen Diversität von Mikroorganismen in Mikrohabitaten werden durch die Bestimmung einiger ausgewählter Bodenenzyme gewonnen. Insgesamt werden die Ergebnisse dieses Projektes einen umfassenden Beitrag zum Verständnis der Wechselwirkungen von Schwermetallen und Bodenmikroorganismen auf der Ebene der Mikrohabitate leisten, wobei insbesondere die strukturelle Analyse der Organismengemeinschaft neue Erkenntnisse zur Interpretation funktioneller Störungen in Bodenökosystemen liefert.

Optimierung der Produktivität Leguminosen basierter Anbausysteme und der Bodenmikrobiologie über die Integration mikrobieller Präparate und bioaktiver Pflanzenstoffe

Forschergruppe (FOR) 5664: Agroforstwirtschaft für eine nachhaltige multifunktionale Landwirtschaft, Teilprojekt SP3: Biodiversität

Baumreihen in Agroforstsystemen erhöhen die Heterogenität und Konnektivität von Habitaten und modulieren Prozesse der Gemeinschaftsbildung mit potenziellen Vorteilen für die Biodiversität und die damit verbundenen Ökosystemleistungen. Diese Auswirkungen auf die Biodiversität müssen auf verschiedenen räumlichen Ebenen betrachtet werden, einschließlich Makro- und Mikroorganismen in ober- und unterirdischen Gemeinschaften im Kontext eines Multidiversitätsrahmens. Multidiversität, einschließlich Artenzusammensetzung, biotischer Interaktionen und Ökosystemfunktionen über mehrere taxonomische Gruppen hinweg, bestimmt letztendlich das Potenzial der Agroforstwirtschaft, den Beitrag der Natur zum Wohle der Menschen (NCP) zu optimieren. Um ein mechanistisches Verständnis der Biodiversitätsreaktionen in Agroforstsystemen zu erlangen, quantifizieren wir Gradienten der ober- und unterirdischen Biodiversität auf verschiedenen Ebenen, von Bodenwirbellosen und Bodenmikroorganismen wie Bakterien, Archaeen und Pilzen (unterirdisch) über epigäische Arthropoden (oberirdische Pflanzenfresser, Räuber) bis hin zu Bestäubern. Wir nutzen etablierte und neuartige Forschungsmethoden, um zwei Agroforstsysteme (biologisch und konventionell) mit unterschiedlichen Standortbedingungen und dem umgebenden Landschaftsmosaik zu untersuchen. Dabei legen wir Wert auf Komplementarität bei der Datenerhebung. Wir liefern ein tiefgreifendes Verständnis der Auswirkungen der Biodiversität auf die für Agroforstsysteme charakteristischen NCPs, indem wir uns auf die räumliche Konfiguration (Abstand zu den Baumreihen sowie Tiefengradienten entlang der Transekte) konzentrieren. Die Zusammenarbeit mit vier komplementären Teilprojekten der FORMULA-Forschungseinheit ermöglicht die Verknüpfung von unter- und oberirdischen Biodiversitätsfunktionen und der räumlichen Dynamik von Biodiversitätsmustern im Hinblick auf biogeochemische Kreisläufe (insbesondere Kohlenstoff und Stickstoff), Habitatheterogenität und Management.

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