Saisonale Muster des Wachstums und der Blüte sind entscheidend für eine erfolgreiche Obstproduktion und den Ertrag. Während des Herbstes und zu Beginn des Winters ruhen Knospen und Spitzen der Obstbäume als Reaktion auf niedrige Temperaturen und kurze Tage. Diese Ruhephase wird durch längere Kälteeinwirkung überwunden, so dass das Wachstum im Frühjahr wieder aufgenommen werden kann. Umwelteinflüsse wie die Winter- und Frühlingstemperaturen, die diese Zyklen steuern, werden durch den Klimawandel verändert, der Ertrag wird bedroht. Neue Baumsorten zu züchten, wird aber durch unser mangelndes Wissen über die molekularen und genetischen Mechanismen, die diesen wirtschaftlich wichtigen Umweltreaktionen zugrunde liegen, behindert. Das FruitFlow-Projekt bringt ein internationales Konsortium von 5 akademischen und 3 kommerziellen Partnern zusammen, um diese Fragen für 2 wichtige mehrjährige Nutzpflanzen anzugehen: Apfel und Pfirsich. Wir werden neue Technologien zur Vorhersage und Verbesserung der Blumen- und Obstproduktion entwickeln. Planung: 1.Sammlung von Daten über das saisonale Verhalten verschiedener Panels von Äpfeln und Pfirsichen. Die klimatischen Bedingungen an den Anbaustätten werden täglich erfasst. Regelmäßige Aufnahme von Luftbildern mit unbemannten Luftfahrzeugen und Messungen mit Nah-Infrarot-Spektroskopie an Blättern und Knospen. Vorhersage des Verhaltens der Sorten in verschiedenen Umgebungen durch Verwendung computergestützter Modellierungsansätze. 2.Identifikation der genetischen Variation, die die Dormanz bei Apfel- und Pfirsichsorten beeinflusst. 3.Analyse des chemischen Gehalts der Apfel- und Pfirsichknospen, um kleine Moleküle zu identifizieren, deren Aussehen mit verschiedenen Stadien des Ruhezyklusses korreliert. Anschließend werden Proteine identifiziert, die mit diesen Molekülen interagieren. 4.Test der Funktionen von Proteinen, die als mit kleinen Molekülen oder aus den genetischen Studien interagierend identifiziert wurden, in transgenen Pflanzen. Aufgrund der Schwierigkeit, transgene Apfel- und Pfirsichpflanzen zu erzeugen und ihrer langen Entwicklungszeit werden diese Experimente mit Pflanzenmodellen wie Pappelbäumen und dem mehrjährigen Staudenmodell Arabis alpina durchgeführt. Für diese beiden Arten wurden schnelle Transformationsmethoden entwickelt. Die Funktion von Apfel- und Pfirsichgenen wird bei diesen Modellarten durch Gain-und Loss of Function-Ansätze getestet. 5.Es werden Chemikalien, die sich in verschiedenen Stadien des Dormanz-Prozesses akkumulieren, auf ihre Fähigkeit getestet, den Knospenaufbruch oder die Blüte von Apfel und Pfirsich durch direkte Anwendung zu stimulieren. Somit wird FruitFlow zur Lösung eines wichtigen aktuellen Problems in der europäischen Landwirtschaft beitragen, indem es ein internationales, multidisziplinäres Konsortium zusammenbringt, um grundlegendes Wissen über die Knospenruhe und den Knospenaufbruch bei Obstbäumen zu erarbeiten und seine Bedeutung unter Feldbedingungen zu testen.
Es soll geprueft werden, ob die Diapausedauer und der Verpuppungszeitpunkt der Speichermotte so veraendert werden kann, dass der Schlupf der Falter zu einer fuer die Entwicklung der Nachzucht unguenstigen Jahreszeit erfolgt und damit eine insektizidfreie Bekaempfung dieses wichtigen Lagerschaedlings moeglich ist. Die abiotischen Faktoren, die die Diapause beeinflussen koennen, insbesondere Tageslichtlaenge, der Rhythmus ihrer Aenderung, die Lichtintensitaet und die Temperaturen werden hierfuer untersucht.
[Redaktioneller Hinweis: Die folgende Beschreibung ist eine unstrukturierte Extraktion aus dem originalem PDF] ENTWICKLUNG DER ARTENVIELFALT DER FLIESSGEWÄSSER-INSEKTEN in Rheinland-Pfalz IMPRESSUM Herausgeber: Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz (LfU) Kaiser-Friedrich-Str. 7 • 55116 Mainz www.lfu.rlp.de Herstellung:LfU Bearbeitung:Fulgor Westermann, Michael Schäffer Bildquelle:Titelbild: oben links - Schäffer, LfU RP; oben rechts, unten links, unten rechts - B. Eiseler; Mitte - Biopix; S. 5: B. Eiseler; S. 6 oben: Westermann, LfU RP; S. 6 unten: B. Eiseler; S. 14: Schäffer, LfU RP; S. 17: LfU RP; S. 19: LfU RP Kartographie: UDATA GmbH - Umwelt und Bildung, 2025 © LfU, Mainz, Mai 2025 Nachdruck und Wiedergabe nur mit Genehmigung des Herausgebers Aus Gründen der besseren Lesbarkeit wird auf die gleichzeitige Verwendung der Sprachformen männlich, weiblich und divers (m/w/d) verzichtet. Sämtliche Personenbezeichnungen gelten gleichermaßen für alle Geschlechter. INHALT Glossar4 Entwicklung der Artenvielfalt der Fließgewässer-Insekten in Rheinland-Pfalz5 Landesweite Auswertung zum Status der EPT-Artenzahlen7 Fazit zur Biodiversität aquatischer Insekten13 Wie erklärt sich der tendenzielle Anstieg der Anzahl von Wasserkörpern mit zunehmenden EPT-Artenzahlen der zurückliegenden Jahre?14 Wodurch sind Gewässerlandschaften in Rheinland-Pfalz gekennzeichnet, die aktuell deutlich zu geringe EPT-Artenzahlen aufweisen?15 Ausblick in Bezug auf den Klimawandel17 Literatur Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz 21 3 GLOSSAR Referenz-Biozönose = Lebensgemeinschaften, die dem Gewässertyp unter unbeeinflussten Bedin- gungen entsprechen würden Makrozoobenthos = Gesamtheit der mit bloßem Auge erkennbaren, aquatischen wirbellosen Tiere des Gewässergrundes EPT-Arten = Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera: die für Fließgewässer sehr typischen und arten- reichen Gattungen der Eintagsfliegen, Steinfliegen und Köcherfliegen saprobiell, Saprobie = Indikation von Gewässerbelastungen mit organischen, mikrobiell leicht abbau- baren, sauerstoffzehrenden Abwasserinhaltsstoffen Diapause = gr: „das Dazwischenausruhen“: Erblich fixierter, von äußeren Einflüssen (hier z. B. das Trockenfallen des Baches) ausgelöster Ruhezustand während der (larvalen) Entwicklung vieler Insekten und anderen Wirbellosen OWK = Oberflächenwasserkörper: abgegrenztes Teileinzugsgebiet oder Fließabschnitt eines oder mehrerer, zusammenhängender Fließgewässer. In Rheinland-Pfalz gibt es derzeit 349 bewertete Fließgewässerwasserkörper. EU-WRRL = europäische Wasserrahmenrichtlinie WHG = Wasserhaushaltsgesetz 4 Entwicklung der Artenvielfalt der Fließgewässer-Insekten in Rheinland-Pfalz ENTWICKLUNG DER ARTENVIELFALT DER FLIESSGEWÄSSER-INSEKTEN IN RHEINLAND-PFALZ Am Beispiel der drei für die Gewässerbewertung wichtigen aquatischen Insektengruppen der Eintags-, Stein- und Köcherfliegen wird die Entwicklung der Artenvielfalt der Fließgewässerinsek- ten dargestellt. Datenbasis sind die Artenerhebungen im Rahmen des landesweiten Fließgewäs- ser-Monitorings zur Feststellung des ökologischen Gewässerzustands nach Maßgabe der EU- Wasserrahmenrichtlinie. Hierzu sind die gewässerbiologischen Monitoringdaten für die jeweiligen Zeiträume bis 2009, 2015 und 2021 vergleichend ausgewertet worden. Aquatische Wirbellose sind langbewährte Indikatoren für die Bewertung des saprobiellen und ökolo- gischen Zustands von Fließgewässern. Einige Gruppen von Fließgewässer-Insekten können hierbei gewissermaßen als „Top-Indikatoren“ angesehen werden. Dies gilt insbesondere für die Eintagsfliegen, Steinfliegen und Köcherfliegen. In der Fachsprache werden sie als Ephemeroptera, Plecoptera, Tricho- ptera bezeichnet und werden oft als EPT zusammengefasst. Diese drei artenreichen, in ihrer larvalen Entwicklungsphase aquatisch lebenden Insektenordnungen verteilen sich mit ihren Artenspektren gewässertypspezifisch auf alle Bach- und Flusstypen. Die EPT erhalten im deutschen Bewertungsver- fahren für den ökologischen Zustand von Fließgewässern (Verfahren Perlodes) innerhalb der Gesamt- heit der Tiergruppen der aquatischen Wirbellosen eine positive Gewichtung, da viele EPT-Arten ausge- zeichnete, repräsentative Indikatoren für gute und sehr gute Fließgewässerzustände sind und daher eine bedeutende Rolle bei der Zusammensetzung von Referenz-Biozönosen einnehmen. Die soge- nannte EPT-Artenzahl gibt bei standardisierten Routineuntersuchungen des Makrozoobenthos in Fließgewässern die erfasste Summe an Arten der Eintagsfliegen, Steinfliegen und Köcherfliegen wieder und kann vor allem in den Mittelgebirgsregionen als Biodiversitätsmaß herangezogen werden. „E“ wie Ephemeroptera: Die Insektenordnung der Eintagsfliegen ist in den Gewässern Deutschlands mit aktuell 121 Arten vertreten (Haybach 2021). Eintagsfliegen sind gemäß der „Roten Liste“ Deutsch- lands mit rund 51 % ihres Artenbestandes in unterschiedlichen Graden gefährdet. Stark gefährdet oder vom Aussterben bedroht sind hierunter gut 25 % der Eintagsfliegenarten (Haybach 2021). Bild 1: Larve von Leptophlebia submarginata (links), große Tracheenkiemen seitlich am Hinterleib gut erkennbar. Frisch geschlüpfte Subimago von Ephemera danica (rechts), eine als Larve im Gewässersubstrat grabend lebende Eintagsfliege, wegen ihres typischen Schlupfbeginns auch Maifliege genannt. Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz 5
Lumbriciden auf BDF in Sachsen-Anhalt © M. Dinse © M. Dinse © M. Dinse • kleinste Art Dendrobaena pygmaea • ebenfalls häufig: o Allolobophora chlorotica o Aporrectodea caliginosa o Aporrectodea rosea 2 © M. Dinse Lebensweise • 3 Lebensformtypen: o epigäisch o endogäisch o anektisch © M. Dinse • Primär– und Sekundärzersetzer • halten Diapause im Sommer und Winter Quelle: „Biologie in unserer Zeit“ 2020 Ökologische Funktion • Steigerung der Nährstoffverfügbarkeit © M. Dinse • Belüftung und Wasserspeicherung • Förderung von Bodenstruktur und –gesundheit • Erhöhung der Widerstands– und Regenerationsfähigkeit © M. Dinse © I. Koth 3
Nach Jahrzehnten aktiver Forschung zur Dormanz von Gehölzen und deren Einteilung in Para-, Endo- und Ökodormanz, sind diese Phasen bis heute nicht adäquat in phänologischen Modellen berücksichtigt. Es werden immer noch semi-mechanistische Modelle zur Beschreibung der Pflanzenentwicklung verwendet, in denen die Modellparameter an phänologischen Beobachtungsdaten optimiert werden. Hierdurch ist es möglich, ein an die Daten angepasstes Modell zu finden, allerdings ist seine physiologische Plausibilität nicht garantiert. Im Rahmen eines abgeschlossenen Projektes konnten wir zeigen, dass Modelle für den Blühbeginn der Süßkirsche, die nicht auf physiologische Plausibilität geprüft wurden, unter wärmeren Klimaverhältnissen versagen. Auf der Basis einfach zu ermittelnder Parameter (Frisch-, Trockenmasse, Wassergehalt) und in Kombination mit klassischen Ansätzen zur Bestimmung des Endes der Endodormanz, konnten wir erstmals die nicht zu beobachtenden Dormanzphasen für die Süßkirschsorte "Summit" bestimmen. Die Kenntnis der Länge dieser Phasen eröffnet neue Möglichkeiten zur Validierung phänologischer Modelle und ermöglicht die Entwicklung neuer mechanistischer Ansätze. Diesbezüglich wird in jüngster Zeit geprüft, ob Metabolite im Zusammenhang zur Dormanz von Gehölzen stehen. An der Süßkirsche konnten wir zeigen, dass die Verläufe von Abscisinsäure und Saccharose geeignet sind, um das Ende der Endodormanz zu bestimmen. Allerdings wiesen diese Substanzen deutliche annuelle Variationen in ihrer Konzentration auf. Zudem bedarf es für die phänologische Modellierung mehrjähriger Datenreihen von physiologisch relevanten Markern, um die Variabilität der Umwelt berücksichtigen zu können. Ziel dieses Vorhabens ist es, Vertreter verschiedener Stoffgruppen (z.B. Kohlehydrate, Carotinoide, Aminosäuren) in Kirschknospen systematisch hinsichtlich ihrer Beteiligung an den Dormanzphasen zu untersuchen. Hierzu soll ein untargeted Metabolit-Profiling genutzt werden, um zu erkennen, welche Metabolite beim Übergang der verschiedenen Dormanzphasen deutliche Gehaltsänderungen zeigen. Für physiologisch relevante Metabolite, ist zu prüfen, ob ein Bezug zur Umwelt besteht, eine Grundvoraussetzung für die phänologische Modellierung. Für diejenigen Biomarker, die physiologisch plausibel sind und eine Umweltsteuerung zeigen, sollen im zweiten Schritt, mittels targeted Metabolit-Profiling, die Metabolitgehalte in den Knospen über 9 Jahre bestimmt werden. Die Daten von 2012/13-2017/18 werden verwendet, um ein mechanistisches 3-Phasen Modell für die Kirschsorte "Summit" zu generieren, das die Endo-, Ökodormanz und ontogenetische Entwicklung in sequentieller Abfolge berücksichtigt. Für die Modellvalidierung sollen die Analysedaten der Jahre 2018/19-2020/21 am Standort Berlin und für eine externe Validierung mehrjährige Daten der Standorte Dresden und Geiseheim genutzt werden. Zudem soll die Übertragbarkeit des Modellierungsansatzes für die Sorten "Regina" und "Karina" geprüft werden.
Folgen des Klimawandels sind im deutschen Obstbau seit einigen Jahren zu beobachten. Sie konnten z.B. im deutschen Erdbeeranbau erstmalig im Winter 2006/2007 bei der Hauptsorte Elsanta beobachtet werden. Auf Grund der warmen Herbst- und Wintermonate war das Kältebedürfnis (Endodormanz) unzureichend erfüllt und die Pflanzen zeigten typische Symptome wie verkürzte Blatt- und Blütenstiele, verringerte Blattanzahl, kleinere Blattflächen, später Blühbeginn und ungleiche Blüte. Dies führte zu unzureichendem Fruchtansatz und schlechten Fruchtqualitäten. Es ist damit zu rechnen, dass der prognostizierte Temperaturanstieg im Spätsommer/Herbst und Winter infolge des Klimawandels zunehmend Auswirkungen auf die Erfüllung des Kältebedürfnisses haben wird. Ziel des Projektes ist es, den Prozess der Endodormanz bei der Erdbeere (Fragaria x ananassa Duch.) als Modellpflanze auf molekulargenetischer Ebene zu verstehen, indem diejenigen Faktoren identifiziert werden sollen, die den Eintritt in die Endodormanz und deren Aufhebung bestimmen. Bislang sind Induktion und Aufhebung der Endodormanz zeitlich nur unzureichend beschrieben und morphologisch nicht eindeutig erfassbar. Ihre eindeutige Bestimmung ist aber grundlegend für die Modellierung der Auswirkungen des Klimawandels auf die Phänologie von Pflanzen. Langfristiges Ziel ist die Entwicklung molekularer Marker zur Anwendung in der Züchtung, um Erdbeersorten mit unterschiedlichem Kältebedarf hinsichtlich Dormanz-relevanter Gene vergleichen zu können. Da Erdbeeren eine breite genetische Variation aufweisen, ist eine züchterische Anpassung an den zu erwartenden Temperaturanstieg möglich.
Being in the right physiological and reproductive condition at the right time and place is an essential component for the fitness of an insect population. Insects use a genetically programmed period named diapause to synchronize their life histories. In this project, the genetic variation of diapause of the European spruce bark beetle, Ips typographus will be analyzed. Increases in temperature and progressively warmer springs permits more rapid rates of development in this spruce pest with the consequence of an increase in the number of generations per year in populations dominated normally by univoltine individuals. The method double digest restriction site associated DNA sequencing ddRADSeq will be applied in order to investigate 1) the genetic basis of the evolution of facultative diapause from an ancestral condition of obligate diapause and 2) the phylogeography of European I. typographus populations emphasizing functional genetic variation associated with the diapause phenotype. Ecopyhsiologically defined individuals reared in the laboratory will be genetically screened via ddRADSeq and information shall be obtained on the genetic basis of alternative diapause developmental pathways. As diapause is a complex developmental phenotype only the analysis of a large number of loci or single nucleotide polymorphisms covering the entire genome will distinguish genome-wide phylogeographic effects among loci from genetic divergence driven by selection on the diapause phenotype. Distinguishing between phylogeoraphic structure and local selection will allow the identification of genomic regions subject to adaptation. Consequently, ddRADSeq will be applied on European populations studying how populations from Europe are genetically structured. Besides demographic information this screening will bring insight how single populations are phenotypically structured i.e. an estimate how many obligate vs. facultative individuals are present in each population.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 20 |
| Land | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 20 |
| Text | 2 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 4 |
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|---|---|
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