Phosphor wird auf verschiedensten Skalen rezykliert: Diese reichen von der Ökosystemebene über Kreisläufe innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft bis hin zu Kreisläufen innerhalb von Einzelorganismen. Ziel des Projektes ist es, mikrobielle P-Umsatzmodelle auf der Organismenebene und auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften zu unterscheiden. Es wird davon ausgegangen, dass P-Kreisläufe auf der Organismenebene überwiegend zur Aufrechterhaltung (Maintenance) der eigenen Zellfunktionen erfolgen. Dagegen umfassen P-Kreisläufe auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften i) die P-Freisetzung durch Absterben und Zelllyse mit anschließendem ii) mikrobiellem Wachstum und P-Aufnahme. Unserem Vorhaben liegen folgende Hypothesen zugrunde: 1) Erfogen P-Umsätze überwiegend aufgrund von Zelltod und Wachstum, so sind diese wesentlich schneller als Kreisläufe zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion. 2) In P-reichen Böden (akquirierenden Ökosystemen) erfolgt mikrobieller P-Umsatz schneller und vor allem durch Zelltod und Wachstum, während in P-armen Böden (rezyklierenden Ökosystemen) P-Umsatz überwiegend zur Aufrechterhaltung und langsamer erfolgt, da die eingeschränkte P-Verfügbarkeit eine effizientere Ressourcennutzung fordert. 3) Eine hohe C- und N-Verfügbarkeit stimuliert P-Umsatz vor allem in Folge von Zelltod und Wachstum, 4) was in bakteriellen Gemeinschaften schneller als in pilzlichen erfolgt.Fünf unabhängige Ansätze ermöglichen die Untersuchung und Unterscheidung von P-Umsätzen auf Organismen- und Gemeinschaftsebene: 1) Unterschiedlicher Einbau von 33P, 14C und 13C in Phospholipide , 2) Unterschiedlicher Einbau von 33P und 14C in DNA, 3) ATP-Gehalt und Adenylat-Energie-Ladung, 4) Modifikation der CO2-Freisetzung durch P-Applikation und 5) Wärmeabgabe (Kalorimetrie) des Bodens. Zudem wird ein neuer präperativer Ansatz entwickelt, um den 33P-, 14C- und 13C-Einbau in Phospholipide individueller Mikrobengruppen zu analysieren. Die Hypothesen werden an Böden getestet, die sich hinsichtlich ihres P-Gehaltes (Luess vs. Bad Brückenau) und ihrer P-Speziierung (Mittelfels vs. Achenpass) unterscheiden. Hierfür werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt. Aus der Dynamik von Einbau und Freisetzung von 33P und 14C in spezifische Mikrobengruppen lassen sich P-Umsätze infolge von Zelllyse und Wachstum von solchen zur Aufrechterhaltung in akquirierenden und rezyklierenden Ökosystemen unterscheiden und abschätzen. In Kooperation werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt um den Einfluss der C-Freisetzung in die Rhizosphäre bei variabler P-Verteilung auf die P-Rezyklierung zu untersuchen. Der Effekt von P- und N-Addition auf mikrobielle P-Kreisläufe wird in einem faktoriellen NxP-Düngungsversuch unter Freilandbedingungen analysiert.Diese Untersuchungen werden neue Wege zur Unterscheidung der P- und Nährstoffkreisläufe zwischen Gemeinschafts- und Organismusebene weisen und den Beitrag von Tod/Wachstum vs. Aufrechterhaltung in Ökosystemen bestimmen.
Aufklaerung des Zusammenhangs zwischen der Struktur adsorbierter Polymerschichten auf suspendierten Partikeln und der Stabilitaet dieser Suspensionen. Untersuchungsmethoden: A) zur Adsorption: Spektroskopie (IR, NMR), Ellipsometrie, Kalorimetrie. B) zur Stabilitaet: Viskositaet, Sedimentation, Elektrophorese, Photokorrelationsspektroskopie.
Es ist unbestritten, dass die Prinzipien und Parameter der Thermodynamik grundlegend für die Ökologie und die Bodenökologie sind. Die aktuelle Forschung zum SOM-Umsatz berücksichtigt zunehmend die Energetik in der Modellierung zur Erklärung und Vorhersage des biotischen Kohlenstoffumsatzes und von Bodenfunktionen. Die Arbeiten in SoilSystems sind Teil aktueller internationaler Forschungsaktivitäten. Untersuchungen zu kalorimetrischen und thermodynamischen Zustandsgrößen nehmen stetig zu und konzentrieren sich bisher auf die Charakterisierung der SOM, den SOM-Umsatz und den Beitrag der Bodenbiota. Im SPP konnten u.a. substratabhängige Nutzungseffizienzen und Faktoren der bioenergetischen Kontrolle aufgeklärt werden. Trotz dieser internationalen Forschungen bleiben viele grundlegende Fragen unbeantwortet bzw. wurden neu erarbeitet und manche publizierten Aussagen sind widersprüchlich. So ist der SPP 2322, aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Phase und der gewonnenen methodischen und theoretischen Kompetenz, unbedingt fortzuführen. Das Koordinierungsprojekt des SPP 2223 bietet den wissenschaftlichen und organisatorischen Rahmen für Forschungsprojekte im SPP, indem interdisziplinäre Zusammenarbeit, Datenerfassung, -Synthese und -Modellierung organisiert werden. Dies verantwortet eine Koordinierungsgruppe, die von einem Associate unterstützt wird, der A) die Organisation des SPP 2322 unterstützt und B) wissenschaftlich arbeitet. A) Für eine optimale kooperative Forschung im SPP 2322, werden alle teilnehmenden Projekte durch die zentrale Organisation adressiert. Böden und Kalorimeter werden über eine gemeinsame Versuchsplattform bereitgestellt. Für die gemeinsame Datenspeicherung wurde ein Datenbanksystem eingerichtet, dessen Nutzung durch die Projekte personell unterstützt wird. Projekttreffen, Workshops und eine Webinar-Serie laden zur Diskussion und Präsentation ein. Nicht zuletzt ermöglichen Gleichstellungsmaßnahmen eine uneingeschränkte Teilnahme an Forschung und akademischer Karriereentwicklung. B) Das Forschungsmodul im Koordinierungsprojekt hat zwei grundlegende Ziele: (i) die Bestimmung der energetischen Eigenschaften von Böden, d.h. komplexer Moleküle wie der SOM eingebettet in einem reaktiven mineralischen Medium. Dies erfordert gleichzeitig die Adaptation und Ermittlung der Vergleichbarkeit kalorimetrischer Methoden bei der Untersuchung von Böden als zentrale Forschungsaufgabe für den SPP. (ii) Die Integration und Synthese der Daten aus den (Kern) Experimenten der ersten Phase entlang der Datenraumachsen Böden, Substrate und Randbedingungen erfordert deren Kombination in einem Modellierungsdatenraum. Die Daten müssen vollständig statistisch ausgewertet und für eine harmonisierte Beschreibung in Übereinstimmung mit den thermodynamischen Zustandsgrößen parametrisiert werden. Die forschende Datenzusammenführung wird durch eine Dreiergruppe zum Datenmanagement, Synthese und machine learning Modellierung (Mercator-Fellow) forciert.
Bodenökosysteme werden von Kohlenstoff-(C), Nährstoff- und Energieflüssen angetrieben, die für die biogeochemischen Kreisläufe wesentlich sind. Insbesondere die Organismen des Bodenmikrobioms beeinflussen diese Prozesse. Die interagierenden Arten sind in komplexe Netzwerke eingebettet und bestimmen je nach ihren Merkmalen die Architektur, Stabilität und Funktionalität des Mikronahrungsnetzes. Die Muster der Ressourcennutzung ergeben sich aus diesen trophischen Interaktionen zwischen den Biota innerhalb des Mikrobioms. Das Hauptziel des SPP "SoilSystems" ist es, energiebasierte Beschreibungen mit biotischen Interaktionen zu integrieren, um ein systemisches Konzept zu den Umsetzungsprozessen im Boden zu erhalten. Vor diesem Hintergrund verknüpft das beantragte Projekt den C- und Energiefluss im Bodenmikrobiom mit der Struktur und Funktion des Mikronahrungsnetzes, wobei Nematoden als Modellgruppe dienen. Der Schwerpunkt liegt auf den funktionellen Merkmalen, der Lebensstrategie und den trophischen Interaktionen der mikrobiellen Weidegänger. Die Verwendung von 13C-markierten Substraten ermöglicht die Bilanzierung von C-Pools und -Flüssen sowie die Untersuchung stabiler Isotope (Stable Isotope Probing - SIP) von Phospholipidfettsäuren (PLFA-SIP) und DNA (DNA-SIP). Metagenomanalysen werden mit DNA-SIP kombiniert, um Gene von Enzymen, welche am Substratabbau beteiligt sind, sowie die entsprechenden Stoffwechselwege zu identifizieren. Darüber hinaus dienen die metabolischen Fußabdrücke der Nematoden als merkmalsbasiertes Maß für Produktion und C-Assimilation höherer trophischer Ebenen. Drei Hauptfragen werden im Rahmen des Projekts untersucht: (1) Welchen Einfluss haben funktionelle Merkmale von bakteriellen Weidegängern (z.B. Ernährungsweise, Größe) und ihre interspezifischen Interaktionen (z.B. Ressourcenkonkurrenz, Intragilde-Prädation) auf den C- und Energiefluss im Mikrobiom? (2) Wie verändert die funktionelle Komplexität von Weidegängern (d.h. multitrophische Interaktionen) die mikrobielle Aktivität und die metabolischen Umwandlung von Ressourcen? (3) Beeinflussen veränderte mikrobielle Umsatzprozesse, z.B. verursacht durch Unterschiede im Energiegehalt von Substraten, die strukturelle und funktionelle Organisation höherer trophischer Ebenen? Die gewonnenen morphologischen, isotopischen und genomischen Daten werden mit weiteren metagenomischen (Bakterien, Pilze, Virom), biochemischen (z.B. Enzyme, Ergosterol) und thermodynamischen Ansätzen (Wärme, Kalorimetrie) kooperierender Projekte kombiniert. Dadurch wird ein umfassendes Wissen über die Struktur und Funktion des gesamten Mikrobioms und die C- und Energieflüsse gewonnen. Das beantragte Projekt wird damit die Lücke zwischen arten- und energiebasierten Nahrungsnetzen schließen und das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Energiedynamik im Boden und Ökosystemfunktionen fördern.
Die Biodiversität des Bodenmikrobioms wird mit einer Reihe nützlicher Ökosystemprozesse in Verbindung gebracht. Daher sind die ökologischen und evolutionären Mechanismen, die zur Artenvielfalt führen, eine Überlegung wert. Die bisherige Forschung konzentrierte sich auf Bedeutung ökologischer und umwelt Faktoren. Im Gegensatz dazu wurde die Rolle der Auxotrophie, die sich aus dem Verlust von Genen für Wachstumsfaktoren (WF) (evolutionäre Faktoren) ergibt, bisher übersehen. Über evolutionäre Zeit hinweg begünstigt die Selektion Prokaryoten, die Genverluste erleiden, da dies die Belastung durch die Investition von Proteinsynthese in die allgemeine Zellerhaltung verringert. Zu Genverlusten kommt es z.B. durch die Möglichkeit, dass ein Taxon in obligaten Wechselbeziehungen mit anderen Prokaryoten oder Eukaryoten-Wirten eingebunden ist, z. B. in der Rhizosphäre. Es ist möglich, dass sich mutualistische Interaktionen entwickeln, bei denen zwei Auxotrophe einander komplementäre WF zur Verfügung stellen (Arbeitsteilung), oder kommensale Interaktionen, bei denen ein Taxon die Last der Produktion wesentlicher WF für Auxotrophe übernimmt (Black Queen Hypothese). Solche Interaktionen könnten nicht nur die biologische Vielfalt fördern, indem sie die Notwendigkeit der Koexistenz begründen, sondern auch dazu führen, dass auxotrophe Taxa alternativ Proteinsynthese in die Durchführung nützlicher Ökosystemprozesse investieren. Mit einem Metagenomik-Ansatz, der Prokaryoten sowohl auf Gemeinschafts- als auch auf individueller (d. h. genomischer) Ebene berücksichtigt, wird in diesem Projekt untersucht, wie Auxotrophie-abhängige Interaktionen die Biodiversität im Boden und Ökosystemprozesse unterstützen. Die Unteruchen erfolgen mit einem landwirtschaftlich genutzten Boden, auf dem Winterweizen angebaut wird. Das genetische Potenzial wird mit dem Wachstum durch substratinduzierte Kalorimetrie und Atmung verknüpft, die entweder Prototrophe oder Auxotrophe stimulieren. Mit diesem Versuchsplan sollen: 1) allgemeine Assemblierungsmuster zwischen Proto- und Auxotrophen auf der Gemeinschaftsebene identifiziert werden, einschließlich funktioneller Gene, die mit Ökosystemprozessen in Verbindung stehen; 2) die Bedeutung der Rhizosphäre bei der Veränderung von Prokaryoten-abhängigen Interaktionen bewerten werden und zu untersuchen, wie sich dies auf die Zusammensetzung funktioneller Gene auswirkt; und 3) zu bestimmen, ob Cross-Feeding-Interaktionen der Arbeitsteilungs- oder Black Queen Hypothesis entsprechen, und zu bestätigen, dass Auxotroph eher in funktionelle Gene investieren, die Ökosystemprozesse vorantreiben, als in die allgemeine Zellerhaltung. Diese Ergebnisse werden unser grundlegendes Verständnis der Faktoren verbessern, die die Biodiversität in mikrobiellen Bodengemeinschaften fördern, und gleichzeitig untersuchen, wie sich Genverluste innerhalb einzelner Taxa letztlich auf Prozesse wie die Pflanzenproduktivität und den biogeochemischen Kreislauf auswirken.
Eine effiziente und umweltfreundliche Nutzung von Biomasse zur Bereitstellung von Energie ist von besonderer Bedeutung, da Biomasse CO2-neutral ist und fossile Energiequellen schont. Für die Optimierung von Festbettfeuerungen hinsichtlich Wirkungsgrad und Emissionen wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl experimenteller und theoretischer Untersuchungen durchgeführt. Mehrere mathematische Modelle wurden in der Literatur vorgestellt, wobei die meisten dieser Modelle entweder die Vorgänge im einzelnen Partikel oder in der gesamten Schüttschicht beschreiben. Beide Modellgruppen sind für bestimmte Modellbrennstoffe in bestimmten Arbeitsbereichen anwendbar bzw. gültig. Im Fall von Biomasse werden aufgrund des hohen Anteils an Flüchtigen 85Prozent oder mehr der Brennstoffmasse während der Pyrolyse umgesetzt. Es ist bekannt, daß die Pyrolyse von vielen Faktoren abhängt, wie z. B. Partikelgröße, Temperatur, Aufheizrate, umgebende Atmosphäre, etc. Um realistische Berechnungsergebnisse zu erhalten ist es also notwendig, sowohl die Geschichte der einzelnen Brennstoffpartikel als auch die Phänomene in der gesamten Brennstoffschüttung gleichwertig zu berücksichtigen. In dem Projekt wird ein kombiniertes Reaktor/Partikel-Modell zur Berechnung von Temperatur- und Konzentrationsprofilen in Abhängigkeit von Ort und Zeit sowohl im einzelnen Brennstoffteilchen als auch in der gesamten Brennstoffschüttung entwickelt. Die Gase, welche die einzelnen Brennstoffteilchen während der Pyrolyse verlassen, bestimmen das Zünd- und Abbrandverhalten der Brennstoffschüttung und in weiterer Folge die Bildung und Freisetzung von Schadstoffen. Die meisten in der Literatur veröffentlichten experimentellen Untersuchungen konzentrieren sich auf die Bildungsrate und Zusammensetzung der von verschiedenen Brennstoffpartikel freigesetzten Gase bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen. Ein Schwerpunkt ist dabei der Teergehalt des Gases. Vom energetischen Gesichtspunkt wäre allerdings der Heizwert der Gase und deren Sauerstoffbedarf sowie der Heizwert des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz wesentlich aussagekräftiger. Eine Berechnung dieser Größen ist praktisch unmöglich, da dazu die genaue Zusammensetzung des Teeres bekannt sein müßte. Im Rahmen des Projektes wird daher ein Kalorimeter zur Online-Messung des Heizwertes und Sauerstoffbedarfes der das Brennstoffteilchen verlassenden Gase entwickelt sowie ein Kalorimeter zur Messung des Heizwertes des festen Pyrolyserückstandes in Abhängigkeit von dessen Umsatz angeschafft. Diese Parameter stellen die wesentliche Verbindung zwischen dem Einzelpartikelmodell und dem Reaktormodell dar und werden im Laufe des Projektes für verschiedene Brennstoffe und Randbedingungen gemessen. Um die Berechnungsergebnisse zu validieren werden weiters Versuche in einem Biomasse-Festbett-Reaktor durchgeführt.
Ziel des Vorhabens ist die Quantifizierung bioenergetischer Prozesse während der Aktivierung mononukleärer Leukozyten aus dem peripheren Blut (PBMC) und deren Beziehung zum Energiestatus des Tieres und zu den immunoregulatorischen Blutparametern bei Hochleistungskühen in der peripartalen Phase von -8 bis +12 Wochen relativ zur Kalbung. Normale und überkonditionierte Kühe werden verglichen, letztere sind durch eine ausgeprägtere negative Energiebilanz gekennzeichnet und haben ein höheres Risiko für Infektionskrankheiten. Zur Charakterisierung der bioenergetischen Prozesse des PBMC Stoffwechsels werden die Zellrespiration und Zelladhäsion und der Beitrag und die Hierarchie verschiedener funktionaler Komponenten (Ionentransport, Makromolekülsynthese) quantifiziert. Die Messung der Tierrespiration mittels indirekter Kalorimetrie während ad libitum und restriktiver Fütterung dient der Berechnung des gesamten Energieumsatzes, des Ruheumsatzes und der Energiebilanz. Es wird erwartet, dass Unterschiede in den bioenergetischen Prozessen des PBMC Stoffwechsels zwischen den Tiergruppen im Zusammenhang stehen mit Unterschieden in der Energiebilanz und im Energieumsatz. In diesem Projekt werden klassische Methode mit neuen innovativen Ansätzen auf der in vivo und in vitro Ebene kombiniert. Die Ergebnisse dieses systemischen Ansatzes zum Zusammenhang des Energieumsatzes der Immunzelle und des Tieres sind von allgemeiner Relevanz für die Grundlagenforschung und potentiell auch für die angewandte (landwirtschaftliche) Forschung von Interesse.
Eine Wegleitung mit Empfehlungen fuer die Praxis wurde erarbeitet mit folgendem Inhalt: Bestimmungsmethoden fuer Grenzwerte, Farbmessung, innerbetriebliche Praeventivmassnahmen fuer Faerbereien und Druckereien.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 171 |
| Europa | 4 |
| Kommune | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 74 |
| Zivilgesellschaft | 4 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 171 |
| unbekannt | 1 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 1 |
| Offen | 171 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 163 |
| Englisch | 23 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 110 |
| Webseite | 62 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 97 |
| Lebewesen und Lebensräume | 115 |
| Luft | 77 |
| Mensch und Umwelt | 172 |
| Wasser | 75 |
| Weitere | 171 |