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Zelluläre und molekulare Charakterisierung der von Phenylborsäure induzierten Bormangelerscheinungen in der Primärwurzel von Mais

Bormangel ist ein weltweit verbreiteter abiotischer Stress, der zu starken Ertragseinbußen bei vielen Nutzpflanzen, wie beispielsweise Mais, führt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind nur teilweise erforscht. Der Mikronährstoff Bor wird in Form von Borsäure von der Pflanze aufgenommen und kann cis-Diole binden, was ausschlaggebend für seine Funktion ist. Theoretisch gibt es viele mögliche Bor-Bindestellen in der Pflanzenzelle, allerdings wurde bis jetzt nur gezeigt, dass Bor an Rhamnogalacturonan-II (RG-II) binden kann, und wichtiger noch, dass Bor zwei RG-II Moleküle in der Zellwand miteinander verbindet. Ob es weitere Bor-Bindestellen gibt und ob Bor außerhalb der Zellwand biologische Signifikanz hat, ist bisher ungeklärt. Um diese Fragen zu untersuchen, soll im vorgeschlagenen Projekt die Chemikalie Phenylborsäure (PBS) verwendet werden, welche strukturell ähnlich zur Borsäure ist. Ähnlich zur Borsäure versorgt PBS Pflanzenzellen mit Bor und bindet an cis-Diole. Im Unterschied zur Borsäure kann PBS aber keine Moleküle miteinander verbinden, weswegen PBS verwendet wird, um Symptome von Bormangel zu induzieren. Mit Hilfe von PBS besteht deshalb die Möglichkeit weitere Funktionen von Bor neben der Verbindungsfunktion von RG-II, sowie weitere Bor-Bindepartner zu identifizieren. Das vorgeschlagene Projekt soll die von PBS induzierten zellulären und molekularen Defekte in der Primärwurzel von Mais untersuchen und mit Defekten vergleichen, die durch Bor Defizienz induziert werden. Dabei sollen gezielt folgende Prozesse genauer untersucht werden: Zellteilung, Zellexpansion, Meristementwicklung, Ethylen Biosynthese, Auxin Transport und Signalprozesse von Cytokinin. Zusätzlich sollen im beantragten Projekt durch Screening und Proteomics-Ansätze die molekularen Angriffspunkte von PBS identifiziert werden.

Bor-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000

Die natürliche Grundwasserbeschaffenheit ist maßgeblich durch die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und der durchströmten Gesteinsmatrix geprägt. In Deutschland sind die Grundwässer jedoch durch anthropogene Handlungen wie z.B. Ackerbau, Rodung und Maßnahmen zur Grundwasserentnahme ubiquitär überprägt. Einflüsse einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft können dennoch als natürlich betrachtet werden (Funkel et al. 2004). Zur Erfüllung der Aufgaben aus der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) wurden für die hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens (Elbracht et al., 2016) Hintergrundwerte u.a. für gelöstes Bor im Grundwasser ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Bor umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen durch den Kontakt des Grundwassers mit der umgebenden Gesteinsmatrix des Grundwasserleiters sowie in Kontakt mit einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft einstellen. In der Natur kommt Bor meist als Borat (BO2-) und Borsäure vor. Die Karte zeigt farblich differenziert Klassen der Bor-Hintergrundwerte der hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens. Durch das Auswählen eines Teilraumes gelangt man zu weiterführenden Informationen (z.B. Probenanzahl, zusammengefasste Teilräume, etc.). Informationen zu den Daten: Die genutzten Grundwasseranalysen stammen aus der Datenbank des Niedersächsischen Bodeninformationssystems (NIBIS). Hintergrundwerte sind definiert als das 90.-Perzentil der Normalpopulation der geogenen Konzentration des analysierten Parameters. Zur Bestimmung der Hintergrundwerte wurde die jeweils aktuellste Analyse einer Grundwassermessstelle verwendet. Bei zu geringer Probenzahl (n < 10) wurden, soweit möglich, lithologisch ähnliche Teilräume zu einem gemeinsamen Hintergrundwert zusammengefasst. Die Ermittlung der Hintergrundwerte folgte dem Verfahren zur statistischen Auswertung der Daten mittels Wahrscheinlichkeitsnetz der Staatlichen Geologischen Dienste (Wagner et al., 2011). Messwerte lagen als elementares Bor und Borat (BO2-) vor, letzteres wurde stöchiometrisch auf elementares Bor mit dem Faktor 0,252511 umgerechnet. Quellen: ELBRACHT, J., MEYER, R. & REUTTER, E. (2016): Hydrogeologische Räume und Teilräume in Niedersachsen. – GeoBerichte 3, LBEG, Hannover. DOI: 10.48476/geober_3_2016. Funkel R., Voigt H.-J., Wendland F., Hannappel S. (2004): Die natürliche ubiquitär überprägte Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland, Forschungszentrum Jülich GmbH (47), ISBN: 3-89336-353-X. WAGNER, B., WALTER, T., HIMMELSBACH, T., CLOS, P., BEER, A., BUDZIAK, D., DREHER, T., FRITSCHE, H.-G., HÜBSCHMANN, M., MARCZINEK, S., PETERS, A., POESER, H., SCHUSTER, H., STEINEL, A., WAGNER, F. & WIRSING, G. (2011): Hydrogeochemische Hintergrundwerte der Grundwässer Deutschlands als Web Map Service. – Grundwasser 16(3): 155-162; Springer, Berlin / Heidelberg.

Bor-Hintergrundwerte im Grundwasser von Niedersachsen 1 : 500.000 (WMS Dienst)

Die natürliche Grundwasserbeschaffenheit ist maßgeblich durch die Wechselwirkung zwischen Grundwasser und der durchströmten Gesteinsmatrix geprägt. In Deutschland sind die Grundwässer jedoch durch anthropogene Handlungen wie z.B. Ackerbau, Rodung und Maßnahmen zur Grundwasserentnahme ubiquitär überprägt. Einflüsse einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft können dennoch als natürlich betrachtet werden (Funkel et al. 2004). Zur Erfüllung der Aufgaben aus der EG-Wasserrahmenrichtlinie (EG-WRRL) wurden für die hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens (Elbracht et al., 2016) Hintergrundwerte u.a. für gelöstes Bor im Grundwasser ermittelt. Die Hintergrundwerte von gelöstem Bor umfassen die Gehalte, welche sich unter natürlichen Bedingungen durch den Kontakt des Grundwassers mit der umgebenden Gesteinsmatrix des Grundwasserleiters sowie in Kontakt mit einer Jahrhunderte alten Kulturlandschaft einstellen. In der Natur kommt Bor meist als Borat (BO2-) und Borsäure vor. Die Karte zeigt farblich differenziert Klassen der Bor-Hintergrundwerte der hydrogeologischen Teilräume Niedersachsens. Durch das Auswählen eines Teilraumes gelangt man zu weiterführenden Informationen (z.B. Probenanzahl, zusammengefasste Teilräume, etc.). Informationen zu den Daten: Die genutzten Grundwasseranalysen stammen aus der Datenbank des Niedersächsischen Bodeninformationssystems (NIBIS). Hintergrundwerte sind definiert als das 90.-Perzentil der Normalpopulation der geogenen Konzentration des analysierten Parameters. Zur Bestimmung der Hintergrundwerte wurde die jeweils aktuellste Analyse einer Grundwassermessstelle verwendet. Bei zu geringer Probenzahl (n < 10) wurden, soweit möglich, lithologisch ähnliche Teilräume zu einem gemeinsamen Hintergrundwert zusammengefasst. Die Ermittlung der Hintergrundwerte folgte dem Verfahren zur statistischen Auswertung der Daten mittels Wahrscheinlichkeitsnetz der Staatlichen Geologischen Dienste (Wagner et al., 2011). Messwerte lagen als elementares Bor und Borat (BO2-) vor, letzteres wurde stöchiometrisch auf elementares Bor mit dem Faktor 0,252511 umgerechnet. Quellen: ELBRACHT, J., MEYER, R. & REUTTER, E. (2016): Hydrogeologische Räume und Teilräume in Niedersachsen. – GeoBerichte 3, LBEG, Hannover. DOI: 10.48476/geober_3_2016. Funkel R., Voigt H.-J., Wendland F., Hannappel S. (2004): Die natürliche ubiquitär überprägte Grundwasserbeschaffenheit in Deutschland, Forschungszentrum Jülich GmbH (47), ISBN: 3-89336-353-X. WAGNER, B., WALTER, T., HIMMELSBACH, T., CLOS, P., BEER, A., BUDZIAK, D., DREHER, T., FRITSCHE, H.-G., HÜBSCHMANN, M., MARCZINEK, S., PETERS, A., POESER, H., SCHUSTER, H., STEINEL, A., WAGNER, F. & WIRSING, G. (2011): Hydrogeochemische Hintergrundwerte der Grundwässer Deutschlands als Web Map Service. – Grundwasser 16(3): 155-162; Springer, Berlin / Heidelberg.

Emmy Noether-Nachwuchsgruppen, Mechanisms regulating the boron nutritional status in rapeseed and Arabidopsis and their implications for the development of boron-efficient genotypes

Boron (B) is an essential microelement for plants. Despite the use of modern fertilization methods, B deficiency still causes losses in agricultural plant production. Even though many positive effects of B on plant growth and physiology have been reported, a large majority of B functions and the regulatory mechanisms controlling the B nutritional status remain unknown. The main objective of this project is to elucidate how the greatly B deficiency-sensitive Brassica crop plants process and regulate their B status during vegetative and reproductive growth. In this context, the project aims at identifying the mode of action of B in mechanisms regulating the B status itself and uncovering those mechanisms contributing to B efficiency in different genotypes. Plant species subjected to investigation will be the agronomically important oilseed and vegetable plant Brassica napus (rapeseed) and its close relative the genetic and molecular model plant Arabidopsis thaliana. Questions addressed within the scope of this project should lead to a detailed understanding of mechanisms controlling B uptake and allocation from the level of the whole plant down to the cellular level. B transport routes and rates will be determined in sink- and source tissues and in developmental periods with a particularly high B demand. A special focus will be on the identification of B transport bottlenecks and the analysis of B deficiency-sensitive transport processes to and within the highly B-demanding reproductive organs. Recent studies in Arabidopsis suggest that Nodulin26-like Intrinsic Proteins (NIPs), which belong to the aquaporin channel protein family, are essential for plant B uptake and distribution. The systematic focus on the molecular and physiological characterization of B. napus NIPs will clarify their role in B transport and will identify novel NIP-associated mechanisms playing key roles in the B response network.To further resolve the mostly unknown impact of the B nutritional status on gene regulation and metabolism, a transcript and metabolite profile of B-sufficient and B-deficient rapeseed plants will be generated. Additionally, an Arabidopsis transcription factor knockout collection (greater 300 lines) will be screened for abnormalities in responses to the B nutritional status. This will identify yet unknown B-responsive genes (transcription factors and their targets) and gene products (enzymes or metabolite variations) playing key roles in signalling pathways and mechanisms regulating the B homeostasis. Boron (in form of boric acid) and arsenite (As) share in all likelihood the same NIP-mediated transport pathways. To assess the consequences of this dual transport pathway the so far unstudied impact of the plants B nutritional status on the accumulation and distribution of As will be investigated in B. napus. Moreover, the current dimension of the As contamination of Brassica-based food products, to which consumers are exposed to, will be analyzed. usw.

Markt für Borsäure, wasserfrei, Pulver

technologyComment of boric acid production, anhydrous, powder (RER, RoW): This dataset models the production of boric acid from colemanite minerals (calcium borates) with the aid of sulfuric acid, with process yield of 95%. As by-product, gypsum (CaSO4) is produced. The production of boric acid can be summarized with the following reaction equation: (2CaO.3B2O3.5H2O) + 2 H2SO4 → 3 (B2O3.3H2O) + 2 CaSO4

Placing arbuscular mycorrhizal fungi on the risk assessment test battery of plant protection products (PPPs)

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are mutualistic symbionts considered a key group in soil systems involved in the provision of several ecosystem services. Recently they have been listed by EFSA as organisms to be included in the test battery for the risk assessment of plant protection product (PPPs). This study aimed to contribute to improve the ISO Protocol (ISO 10832: 2009) by assessing the feasibility of using other AMF species under different test conditions. Overall, results showed that AMF species Gigaspora albida and Rhizophagus clarus (selected out of five AMF species) are suitable to be used in spore germination tests using the ISO protocol (14 days incubation with sand or artificial soil as substrate) to test PPPs. However, several modifications to the protocol were made in order to accommodate the use of the tested isolates, namely the incubation temperature (28†˚C instead of 24†˚C) and the change of reference substance (boric acid instead of cadmium nitrate). The need for these changes, plus the results obtained with the three fungicides tested (chlorothalonil, mancozeb and metalaxyl-M) and comparisons made with literature on the relevance of the origin of AMF isolates in dictating the adequate test conditions, emphasize the importance of adjusting test conditions (AMF species/isolates and test temperature) when assessing effects for prospective risk assessment targeting different climatic zones. So, further studies should be conducted with different AMF species and isolates from different climatic regions, in order to better define which species/isolate and test conditions should be used to assess effects of a particular PPP targeting a given climatic zone. © Springer Science+Business Media, LLC, part of Springer Nature 2018

FSP-Klebstoffe: Boraxfreie Wellpappenherstellung (Borawell), Teilvorhaben 2: Klebstoffformulierung

Zur Vernetzung der Stärkemoleküle in Stärkekleistern und Steuerung der rheologischen und klebetechnischen Eigenschaften, kommt Borax (Natriumtetraborat) zum Einsatz. Seit 2010 sind Borsäure und Natriumborate von der European Chemical Agency (ECHA) als CMR Stoffe (cancerogen, mutagen und reprotoxisch) 'besonders besorgniserregend' eingestuft. 2011 erfolgte im Rahmen von REACH eine Verschärfung der Einstufung, die alle Barverbindungen als SVHC-Stoffe zusammenfasste (Substances of Very High Cancern) und eine Kennzeichnung ab einem Gehalt von 0, 1% vorschreibt. Erfolgt eine weitere Verschärfung der EU-Richtlinie zur Einstufung borhaltiger Substanzen, oder wird die Zulassung zur Anwendung von Borax in Wellpappenklebstoffen vollständig entzogen, können handelsübliche Stärkeklebstoffe für die Wellpappenherstellung nicht mehr eingesetzt werden. Da Borverbindungen bei der Herstellung von Stärkeleimen nach heutigem Stand der Technik unersetzlich sind, besteht die Gefahr, dass Stärke mit der Wellpappenindustrie einen der wichtigsten Märkte verliert, und vollständig durch erdölbasierte Klebstoffsysteme ersetzt wird. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine neuartige stärkebasierte Wellpappenverklebung durch Substitution umweltbedenklicher boraxhaltiger Stärkeklebstoffsysteme bei gleichzeitigem Erhalt der Klebe- und Verarbeitungseigenschaften entwickelt werden. Durch Definition und Erprobung alternativer Vernetzungssysteme, sollen innovative boraxfreie Stein-Hall-Klebstoffe unter Berücksichtigung typischer Laufzeiten von Wellpappenmaschinen und wirtschaftlicher Aspekte in die industrielle Praxis überführt werden. Die Eignung der Neuentwicklung wird am Leistungsspektrum etablierter boraxhaltiger Klebstoffsysteme gemessen.

FSP-Klebstoffe: Boraxfreie Wellpappenherstellung (Borawell), Teilvorhaben 1: Klebstoffanwendung

Zur Vernetzung der Stärkemoleküle in Stärkekleistern und Steuerung der rheologischen und klebetechnischen Eigenschaften, kommt Borax (Natriumtetraborat) zum Einsatz. Seit 2010 sind Borsäure und Natriumborate von der European Chemical Agency (ECHA) als CMR Stoffe (cancerogen, mutagen und reprotoxisch) 'besonders besorgniserregend' eingestuft. 2011 erfolgte im Rahmen von REACH eine Verschärfung der Einstufung, die alle Borverbindungen als SVHC-Stoffe zusammenfasste (Substances of Very High Concern) und eine Kennzeichnung ab einem Gehalt von 0,1% vorschreibt. Erfolgt eine weitere Verschärfung der EU-Richtlinie zur Einstufung borhaltiger Substanzen, oder wird die Zulassung zur Anwendung von Borax in Wellpappenklebstoffen vollständig entzogen, können handelsübliche Stärkeklebstoffe für die Wellpappenherstellung nicht mehr eingesetzt werden. Da Borverbindungen bei der Herstellung von Stärkeleimen nach heutigem Stand der Technik unersetzlich sind, besteht die Gefahr, dass Stärke mit der Wellpappenindustrie einen der wichtigsten Märkte verliert, und vollständig durch erdölbasierte Klebstoffsysteme ersetzt wird. Im Rahmen des Forschungsvorhabens soll eine neuartige stärkebasierte Wellpappenverklebung durch Substitution umweltbedenklicher boraxhaltiger Stärkeklebstoffsysteme bei gleichzeitigem Erhalt der Klebe- und Verarbeitungseigenschaften entwickelt werden. Durch Definition und Erprobung alternativer Vernetzungssysteme, sollen innovative boraxfreie Stein-Hall-Klebstoffe unter Berücksichtigung typischer Laufzeiten von Wellpappenmaschinen und wirtschaftlicher Aspekte in die industrielle Praxis überführt werden. Die Eignung der Neuentwicklung wird am Leistungsspektrum etablierter boraxhaltiger Klebstoffsysteme gemessen.

Einsatz von Metalloxid-Solen in der Holz- und Holzwerkstoff-Industrie

Untersuchung der Möglichkeit, durch Sol-Gel-Technik ökologisch unbedenkliche Holzschutzmittel (Borsäure und deren Derivate) in ökologisch unbedenklichen Metalloxid-Trägern (modifiziertes Siliciumdioxid) wirksam und technologisch einfach zu immobilisieren und deren Liberationsverhalten gezielt zu beeinflussen. Damit wäre die Möglichkeit gegeben, biozide Wirkstoffe in geringster Konzentration über einen langen Zeitraum freizusetzen, um den langzeitigen äußeren Schutz des Holzes gegenüber Pilzbefall zu sichern. Erste Untersuchungen zur chemischen Synthese, zum Filmbildungsverhalten bei unterschiedlichen Beschichtungsverfahren und zu Schichteigenschaften von unbeladenen Metalloxid-Solen auf AC-Folie und Holzträgern wurden über einen Zeitraum von 6 Monaten durchgeführt. Dazu gehörten auch Untersuchungen zur mechanischen und chemischen Schutzwirkung (z.B. Prüfung der Härte, Glätte, Abrieb). Anschließend wurden die optimierten Metalloxid-Schichten zur Einbettung von Borsäure-Verbindungen genutzt und das Beschichtungsverhalten auf AC-Folie und Holzträgern untersucht. In den folgenden 6 Monaten beschäftigten sich die Arbeiten mit analytischen Untersuchungen (ICP; HPLC, NMR) zum Freisetzungsverhalten der Borsäure und deren Verbindungen aus den Metalloxid-Schichten, mit der Bewertung der bioziden Wirkung (fungizide Wirkung nach DIN EN 113) der borsäurehaltigen Metalloxid-Sole, der Korrelation mit dem Freisetzungsverhalten sowie die Optimierungsarbeiten und Anwendungsversuchen. Der erstellte Abschlußberich bildet die Grundlage zur Beantragung der Weiterführung des Projektes.

Partikelentstehung und -Transport im Kern von Druckwasserreaktoren (Phase 2) - Teilprojekt: thermo- und fluiddynamische Mechanismen

Aus den im Vorhaben mit der FKZ 1501431 erzielten Ergebnissen resultieren folgende Einzelziele des Anschlussvorhabens FKZ 1501468 (Phase 2): - Erarbeitung von Vorschlägen zur Minderung der Gefahr der Bildung fester Korrosionsproduktablagerungen, welche in Folge eines Kühlmittelverluststörfalls (KMV) im Druckwasserreaktor (DWR) durch Umwandlung von gelöstem Zink an Heißflächen entstehen, aufwachsen oder mit dem Kühlmittelstrom transportiert werden und somit die Notkühlung beeinflussen können sowie - Aufstellung eines daten- und wissensbasierten Modellierungskonzeptes für die Nachbildung der physikochemischen Effekte unter Einbeziehung der Korrosionsprodukte. Die Arbeiten werden in Kooperation der Hochschule Zittau-Görlitz (HSZG) und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) über eine Projektlaufzeit von 9 Monaten realisiert. Der Arbeitsplan des HSZG sieht Experimente im halbtechnischen Maßstab zur Verifikation der von der HZDR abgeleiteten Maßnahmen zur Zinkkonzentrationsverringerung im Kühlmittel vor. Auf Basis der in Phase 1 gewonnenen experimentellen Daten werden geeignete Modellierungskonzepte erarbeitet und eine Machbarkeitsanalyse bezüglich der alternativen Modellierung der physikochemischen Prozesse durchgeführt. Des Weiteren werden die Schnittstellen zu Simulationssoftware konzeptuell erarbeitet.

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