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Kupferaufnahme und seine Wirkung auf den pflanzlichen Stoffwechsel

Es wird die Cu-Aufnahme durch Zellsuspensions-Kulturen untersucht im Hinblick auf eine kinetische Auswertung. Ferner wird der Saeurehaushalt sowie der Ca-Haushalt der Gerstenwurzeln untersucht unter dem Einfluss steigender Kupfermenge. Gleichzeitig wird die Hypothese der ATPase-Beteiligung an der Cu-Aufnahme geprueft bei der Gerste und bei Schwermetall-resistenten Pflanzen.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1530: Flowering time control: from natural variation to crop improvement, Zur Temperatur-abhängigen Kontrolle des Blühzeitpunkts durch den Gibberellin-Signalweg und Interaktionen zwischen DELLA Proteinen und APETALA1/VRN1 MADS-Box-Faktoren

Die Temperatur ist ein wichtiger Umweltreiz für die Kontrolle des Blühzeitpunkts bei Pflanzen. In Arabidopsis bewirkt Kälte eine Verzögerung des Wachstums und der Blühinduktion und auf molekularer Ebene führt Kälte zur Akkumulation von DELLA Proteinen, zentralen Repressoren des Wachstums und der Blühinduktion aus dem Gibberellin (GA)-Signalweg. Die DELLA-Abundanz reagiert ziemlich rasch auf Veränderungen der Temperatur und die Effekte der DELLA-Akkumulation können durch GA (Behandlungen) wieder aufgehoben werden. Wir haben kürzlich gezeigt, dass der Arabidopsis MADS-Box Transkriptionsfaktor APETALA1 (AP1) durch direkte Interaktionen mit DELLA Proteinen reprimiert wird. Des Weiteren haben wir Hinweise darauf, dass erhöhte Mengen an AP1 Expression auf molekularer Ebene für die frühe Blüte zweier Arabidopsis-Accessionen in kalten Temperaturen sind. Wir möchten nun die Hypothese testen, dass die erhöhten Mengen an AP1 die inhibitorischen Effekte der DELLA Repressoren in kalten Temperaturen aufheben. Zweitens möchten wir testen, ob das AP1-DELLA regulatorische Modul auch in Getreiden konserviert ist. Bei der Gerste und im Weizen sind die VERNALIZATION1 (VRN1) Proteine, die nächsten Orthologen von Arabidopsis AP1, zentrale Regulatoren der Blühinduktion. Wir möchten daher testen, ob VRN1 aus der Gerste und dem Weizen auch mit den DELLA Proteinen aus diesen beiden Species interagieren können und ob die Kontrolle des Blühzeitpunkts in Antwort auf Temperatur und GA von dieser Interaktion abhängig ist.

Ganzheitliche Rübenderbrüssler Bekämpfung im Zuckerrübenbau mit dem entomopathogenen Pilz Metarhizium brunneum (CURCUCONT)

Zielsetzung: In Ermangelung an wirksamen, umweltfreundlichen, zugelassenen chemischen Insektiziden, soll eine ganzheitliche, direkte Bekämpfung bzw. der Populationskontrolle sowohl der Rüsselkäferlarven als auch der adulten Käfer mit dem biologischen Wirkstoff M. brunneum (GranMetTM)-Pilzgerste bzw. wasserdispergierbarem Sporenprodukt (beide Produkte von der Firma Agrifutur s.r.l.) ausgetestet werden. Mit einem mehrjährigen Monitoring soll abgesichert werden, dass die Bothynoderes - Population in den Behandlungsflächen unter der wirtschaftlichen Schadschwelle gehalten werden kann. Es soll besonders auch das Hauptaugenmerk auf i) die Austestung von neuen Pilz-Dipersionsformulierungen gerichtet sein, welche im Projekt INBIOSOIL (FP7-ENV-2011-3.1.9.-1; No. 282767) und DIACONT (BMLFUW 101111) entwickelt wurden; ii) zusätzlich sollen die Versuche zur Präventionswirkung des entomopathogenen Pilzes BIPESCO 5, formuliert auf steriler Gerste, fortgeführt und ausgedehnt werden. Dazu sollen stark befallene Zuckerrübenfelder mit dem Produkt GranMetTM behandelt werden und iii) soll auf Grundlage von Sprühversuchen mit dem entomopathogenen Pilz M. brunneum (BIPESCO 5) die oberirdische Käferbehandlung auf Praxistauglichkeit entwickelt werden (Laboraustestungen und in-situ Feldapplikationen - Applikation mit Sattelspritzgerät; Persistenzuntersuchung von Metarhizium auf Blattoberfläche zur Bestimmung optimaler Applikationszeitpunkte bzw. -Häufigkeit). Sollte sich erhärten, dass M. brunneum tatsächlich Populationsregulierend auf den Rübenderbrüssler wirkt, sollte es keine Schwierigkeit sein, auf Grundlage der EU-Verordnung (1107/2009), in naher Zukunft ein registriertes Metarhizium-Präparat auf den Markt zu bringen. Mit einem mehrjährigen Monitoring soll nun bestätigt werden, dass sich in den Behandlungsflächen die Derbrüsselkäfer-Population unter der wirtschaftlichen Schadschwelle gehalten werden kann. Einsatz von Metarhizium spp. auf Blattoberflächen: Bekanntlich kann Metarhizium, primär ein typischer Bodenpilz, auch auf Blattoberflächen und bei pflanzensaugenden Insekten als indigenes Pathogen nachgewiesen werden. Seit wenigen Jahren werden bereits Metarhizium Dispersionsformulierungen gegen Blattschädlinge (z.B. Spittlebugs, Termiten, Blattläuse, Thrips) mittels Sprühapplikation auf Kulturpflanzen geprüft bzw. angewendet (VEGA et al. 2009, STRASSER et al. 2017, MWEKE et al, 2018). Es besteht großes Interesse an der Verbesserung der Formulierungs- und Anwendungstechnologien in der Blattspritzanwendung (BUTT 2002). So wird beispielsweise der Einsatz von Additiven wie Haftmittel in Sporensuspensionen für die Sprühanwendung empfohlen, um hohe Sporenkonzentrationen auf Blattoberflächen und damit eine gute Persistenz auf den Pflanzen zu gewährleisten (INGLIS et al. 2001). Notwendige Informationen bezüglich Umwelt- und Blattpersistenz von M.spp. sollen erarbeitet werden und sind somit auch Gegenstand unserer Untersuchungen.

NG A - Naturschutzgerechte Bewirtschaftung auf Ackerland

Das Land Niedersachsen hat mit der Richtlinie über die Gewährung von Billigkeitsleistungen zur Minderung von durch Rastspitzen nordischer Gastvögel verursachter Ertragseinbußen auf landwirtschaftlich genutzten Ackerflächen (Billigkeitsrichtlinie noGa-Acker) vom 09.01.2019 eine neue Grundlage für freiwillige Ausgleichszahlungen an von Rastspitzen betroffene Bewirtschafter geschaffen. Die Richtlinie ist am 03.04.2019 veröffentlicht worden. Bewirtschafter haben die Möglichkeit, die durch rastende und überwinternde nordische Gastvögel infolge Äsung auf Ackerflächen hervorgerufene Großschadensereignisse (Rastspitzen) und die damit einhergehenden hohen Ertragsverluste anteilig ausgleichen zu lassen. Dadurch soll die Akzeptanz von weit überdurchschnittlich großen Aufkommen nordischer Gastvögel in den betroffenen Gebieten verbessert und der Schutz für diese Vogelarten in Niedersachsen gestärkt werden. Bei den Billigkeitsleistungen handelt es sich um eine freiwillige Zahlung des Landes Niedersachsen, ein Rechtsanspruch besteht nicht. Je Antragssteller(in) können höchstens 50.000 € / Jahr gewährt werden, Beträge unter 500 € werden nicht bewilligt. Billigkeitsleistungen werden nur gewährt für Ackerflächen mit Winterkulturen (Winterweizen, Wintergerste, Winterraps, Wintertriticale, Dinkel) innerhalb der aktuell geltenden Naturschutzkulisse gem. der Fördermaßnahmen Nr. 8.2.6.3.24 NG 1 „Nordische Gastvögel – naturschutzgerechte Bewirtschaftung auf Ackerland“ der Agrarumweltmaßnahme (NiB-AUM). Eine Teilnahme an NG1 ist aber nicht zwingende Antragsvoraussetzung.

Änderung des Potenziellen Zusatzwasserbedarfs für den 30-jährigen Zeitraum 2031-2060 zu 1971-2000, Klimaschutz-Szenario (RCP2.6)

Die Karte zeigt die mittlere Veränderung des potenziellen Zusatzwasserbedarfs (in mm) 2031-2060 gegenüber 1971-2000 unter dem „Klimaschutz“-Szenario (RCP2.6). Unter Zusatzwasserbedarf wird die mittlere Wassermenge innerhalb der Vegetationsperiode (April-September) verstanden, die zur Aufrechterhaltung von 40 % nutzbarer Feldkapazität (nFK) im effektiven Wurzelraum (nFKWe) erforderlich ist. Berechnet wird die mittlere Wassermenge für einen Mittelwert der Fruchtarten Winterweizen, Wintergerste, Wintergerste mit Zwischenfrucht, Sommergerste, Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln. Die Klimamodelle sind mit dem „Klimaschutz“-Szenario (RCP2.6) angetrieben. Dabei handelt es sich um ein Szenario des IPCC (Weltklimarat), welches deutliche Anstrengungen beim Klimaschutz und niedrigen Emissionen bedeutet. Die Ergebnisse aller Klimamodelle sind gleich wahrscheinlich. Daher kann neben dem Mittelwert, der eine Tendenz aufzeigt, auch der obere (Maximum) und untere (Minimum) Rand der Ergebnisbandbreite über den MapTip abgerufen werden.

Das sowohl in den Chloroplasten als auch im Zellkern lokalisierte WHIRLY1-Protein der Gerste als übergeordneter Regulator der Kreuztoleranz gegenüber abiotischen und biotischen Stress

Für eine hohe Ertragsstabilität müssen Kulturpflanzen schnell auf Veränderungen in der Umwelt reagieren und sich wirksam an unterschiedliche, oft gleichzeitig auf sie einwirkende Stressfaktoren anpassen. Dieses Projekts betrifft das RNA/DNA-Bindeprotein WHIRLY1, das auf Grund seiner dualen Lokalisation in den Plastiden und im Zellkern ein idealer Kandidat für die Übertragung von Stress-Signalen an den Zellkern ist. Durch Untersuchungen an Gerstenlinien mit veränderten Mengen an WHIRLY1 konnte gezeigt werden, dass WHIRLY1 die Reaktionsfähigkeit der Pflanzen gegenüber Änderungen in der abiotischen Umweltsituation sowie die Resistenz gegenüber Mehltau fördert. Genexpressionsanalysen mit hvwhy1 knockout Mutanten der Gerste, die mit der CRISPR RNA/Cas9 Endonuklease-Technologie erzeugt wurden, ergaben, dass WHIRLY1 bekannte Stressgene der Gerste reguliert. Untersuchungen an Mutanten von Mais und Gerste haben gezeigt, dass WHIRLY1 auch für die Entwicklung von Chloroplasten erforderlich ist. Nach der Identifizierung der für die Stressantwort wichtigen Motive des WHIRLY1-Proteins soll versucht werden, die Funktionalität des Proteins für die Chloroplastenentwicklung von der Funktionalität in der Stressanpassung der Pflanzen zu trennen. Im Zellkern ist WHIRLY1 zusammen mit dem NPR1-Protein an der von Salizylsäure abhängigen Aktivierung von PR (pathogen response) -Genen beteiligt. NPR1, der zentrale Regulator SA-abhängiger Genexpression, liegt normalerweise als Oligomer im Cytoplasma vor. Auch WHIRLY1 liegt in den Chloroplasten als Oligomer vor. Bei stressabhängiger Produktion von Salizylsäure in Verbindung mit Redoxänderungen wird NPR1 monomerisiert und wandert dann in den Zellkern. Wenn die Stresswahrnehmung durch WHIRLY1 in den Chloroplasten ähnlich erfolgt wie die durch NPR1 im Cytoplasma, ist anzunehmen, dass eine redoxabhängige Monomerisierung des WHIRLY-Komplexes für den stressabhängigen Transfer aus den Chloroplasten in den Zellkern erforderlich ist. Um zu testen, ob das konservierte Cystein in der WHIRLY-Domäne sowie ein für die Oligomerisierung erforderliches Lysin für die durch WHIRLY1 vermittelte Stressreaktion der Gerste wichtig sind, soll die why1 KO-Mutante mit mutierten HvWHIRLY1-Sequenzen sowie der nicht mutierten Sequenz komplementiert werden. Die transgenen Pflanzen sollen im Hinblick auf ihre Reaktionsfähigkeit gegenüber verschiedenen abiotischen Stressfaktoren sowie Mehltau charakterisiert werden. Aufgrund der Ergebnisse soll Blattmaterial für globale Genexpressionsanalysen mittels RNAseq ausgesucht werden. Ziel dieser Untersuchungen ist die Identifizierung von Zielgenen von WHIRLY1, die in einer Kreuztoleranz-Situation (Mehltauinfektion in Kombination mit abiotischem Stress) entweder aktiviert oder reprimiert werden. Auf der Grundlage der Ergebnisse soll in der Arbeitsgruppe von Prof. Klaus Humbeck an der MLU Halle untersucht werden, ob WHIRLY1 die Transkription ausgewählter Zielgene über epigenetische Mechanismen beeinflusst.

Aufnahme von Fremdchemikalien durch verschiedene Pflanzen, die auf Boeden mit Kompost wachsen. Nachweis von Fremdchemikalien in pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln sowie im Carcinomgewebe des Menschen

In bereits gewonnenen Ergebnissen stellten wir fest, dass Pflanzen Fremdchemikalien in unterschiedlicher Konzentration in den oberirdischen und unterirdischen Teilen anreichern. Den Boeden wurden unterschiedliche Mengen von Kompost beigegeben, dessen Schadstoffgehalt vorher untersucht worden war. In den Pflanzen wurden Blei, Cadmium, Chrom und polycyclische Aromaten bestimmt. Es soll geklaert werden, welche Beziehung zwischen dem Schadstoffgehalt der mit Kompost behandelten Boeden und den auf solchen Boeden gezogenen Pflanzen bestehen. 1. Weine aus Weinbaugebieten, in denen seit Jahren industriell hergestellter Kompost als 'Bodenverbesserungsmittel' (100 t/ha) Anwendung fanden sich PAK von 0,1-05 ug 3,4-Benzpyren/1,1,0-3, oug 3,4-Benzinfluoranthen/1 und 1,36-3,21 mg Blei/l Wein. (Grenzwert fuer Blei im Wein: 0,3 mg Blei/l). 2. Nahrungspflanzen (Moehren, Sommergerste, Sommerweizen, Mais, Kartoffeln und Dill), die auf drei unterschiedlich alten Parzellen einer Muelldeponie mit verschiedenen Abdeckschichten gezogen worden waren sowie auf einem Kontrollbeet. Nachgewiesen wurden in Abdeckschicht, Muellschicht und Boden und in den Pflanzen PAK sowie Cd, Cr und Pb. Die Abdeckschichten unterschieden sich in Sickerwasserberegnung und Bodenbehandlung. Auffallend waren bei diesem Feldversuch eine Reduzierung des Massenertrages und Laengenwachstums sowie eine Instabilitaet der Pflanzen.

Gestaltungsmoeglichkeiten fuer Sozialbrachflaechen

Durch minimale Bodenbearbeitung sollen Ernten erzielt werden, die es gestatten, dass die Sozialbrachflaechen konkurrenzfaehig bleiben. Gleichzeitig soll die relative Vorzueglichkeit von Roggen monokultur und Winterweizen - Wintergerste - Hafer - Fruchtwchsel ermittelt werden. Pflugarbeit ist eingestellt, Duengung erfolgt nur nach Bodenuntersuchung. Es werden versch. Duengungsvarianten auf ihren Stickstoff-Austrag getestet.

Entdeckung und molekulare Charakterisierung neuer Loci/Gene, welche die Salztoleranz im Keimlings-, vegetativen und Reproduktionsstadium in zwei unterschiedlichen Gerstenkollektionen kontrollieren

Eine hohe Salzkonzentration im Boden führt bei Pflanzen unweigerlich zu schwerem Wassermangel. Vor dem Hintergrund des Klimawandels wird dies weltweit als eine große Bedrohung für die landwirtschaftliche Produktion angesehen. Klimamodelle sagen bis zum Jahr 2050 einen zunehmenden Druck der Salinität der Böden auf die landwirtschaftliche Produktivität voraus. Das Verständnis und die Nutzung der Toleranz von Pflanzen gegenüber hohen Salzkonzentrationen werden daher zu einer großen wissenschaftlichen Herausforderung. Die Verbesserung der Salztoleranz ist komplex, da sie als quantitatives Merkmal reguliert wird, an dem mehrere genetische Pfade gleichzeitig beteiligt sind. Die offensichtliche Auswirkung von Salzstress auf das Pflanzenwachstum und die Produktion besteht darin, dass die Pflanzenwurzeln Probleme haben, Wasser aufzunehmen, indem sie den osmotischen Stress in den Wurzelzellen und die Ionentoxizität (z. B. Na+) reduzieren. Gegenwärtig fehlt es an Wissen über die Auswirkungen des Salzgehalts auf die Regulierung des Primärstoffwechsels sowie über die molekularen Grundlagen bezüglich der Gene, welche zur Salztoleranz bei Nutzpflanzen beitragen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens möchte ich neue genetische und molekulare Wege zur Charakterisierung der Regulierung salztoleranzbezogener Merkmale im Keimlings-, vegetativen und Reproduktionsstadium in zwei hochdiversen Gerstenkollektionen entdecken und erklären. Meine Hypothese ist, dass die Identifizierung neuer Loci und Gene, die eine wichtige Rolle bei der Anpassung von Gerste an Salzstress spielen, Züchtungsprogramme zur Bewältigung des Klimawandels und die nachhaltige Produktion von Gerste und anderen Kulturpflanzen wie Weizen erheblich unterstützen wird. Um mein Forschungsziel zu erreichen, werde ich mich auf die Charakterisierung der weltweit sehr diversen Gerstensammlungen HEB-25 und der Intermedium-spike Gerstensammlung konzentrieren, um Eigenschaften zu untersuchen, die mit dem Pflanzenertrag unter Salzstress zusammenhängen. Der nächste Schritt besteht darin, die Sequenz der nützlichen Allele wilder Verwandter mithilfe von Genomeditierung in Elitegerste einzuführen. Dieser zweite Ansatz würde darin bestehen, alle Probleme außer Acht zu lassen, da das Kandidatengen für die Blütenentwicklung essentiell ist und ein vollständiger Knockout tödlich wäre. Ich werde diese Forschungsarbeiten an der sehr gut entwickelten und etablierten Professur für Pflanzenzüchtung der Universität Halle (MLU) durchführen, welche einen einzigartigen Ausgangspunkt für ein Forschungsnetzwerk zum Thema Salinitätsstress bietet, in Kooperation mit führenden Pflanzenwissenschaftlern der Naturwissenschaftlichen Fakultät III der MLU und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK).

Identifizierung von Genen fuer Mehltauresistenz der in Deutschland vertriebenen Zuchtsorten von Winter- und Sommergerste

Bestimmung von Hauptgenen fuer Mehltauresistenz im deutschen Sortiment von Winter- und Sommergerstenzuchtsorten.

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