Objectives: 1. To test if the concept of novel and hybrid ecosystems forwarded by R. Hobbs and colleagues applies to degraded subtropical grasslands, i.e. if these ecosystems group along axes of deviation in abiotic conditions and biotic composition from reference ecosystems. 2. To investigate the extent to which ecosystem functions in the hybrid and novel ecosystems differ from reference grasslands, and whether these differences are related to deviation from the biodiversity of reference systems. 3. To manipulate degraded grasslands through selected restoration methods to identify transition thresholds and to test if restorability of abiotic conditions and biotic composition corresponds to restorability of ecosystem functions. A large-scale rapid ecosystem assessment will form the analytical basis of the study, followed up by field experiments on seed limitation (i.e. lack of seed bank or dispersal) and site limitation (i.e. lack of safe sites for germination and inadequate conditions for plant establishment). The experiments will be conducted in a factorial design testing for transition thresholds between degradation stages.
Eine hohe Resistenz gegen Bodenpathogene, gute Standortanpassung und Veredlungsaffinität sind die entscheidenden Merkmale von Unterlagen. Bei der Pathogenresistenz ist bei Reben die Widerstandsfähigkeit gegen die Reblaus Daktulosphaira vitifoiae essentiell, da die europäische Kulturrebe Vitis vinifera L über keinerlei Resistenzen verfügt und nur an wenigen Standorten ein wurzelechter Anbau möglich ist. Amerikanische Wildformen mit solchen Reblausresistenzen sind daher in der Unterlagenzüchtung von großer Bedeutung. Die langfristige Sicherung solcher Genotypen ist daher eine Voraussetzung für spätere Züchtungsarbeiten zur Erstellung neuer besserer Unterlagen. Daneben spielt auch die Standortanpassung eine wichtige Rolle. Vitis berlandieri ist hier am wichtigsten, da sie als einzige Art über eine hohe Kalkverträglichkeit verfügt und die Mehrheit der deutschen und europäischen Weinbaustandorte durch hohe Kalkgehalte im Boden charakterisiert sind. Kalkempfindliche Arten leiden unter Kalkchlorose mit stark vermindertem Wuchs. Aufgrund begrenzter Verfügbarkeit wurden jedoch nur wenige Pflanzen der Art in der Unterlagenzüchtung verwendet und damit nur ein Teil des Potentials der Art genutzt. In einem gemeinsamen Projekt mit dem United States Department for Agriculture wurden daher im September 2005 im ursprünglichen Verbreitungsgebiet der Art in Zentraltexas Samen von Wildformen gesammelt und die Hälfte davon in Geisenheim zur Keimung gebracht und ausgepflanzt. Derzeit werden mehr als 5000 Pflanzen in der in vivo Erhaltung. In den kommenden Jahren werden diese hinsichtlich ihrer relevanten Eigenschaften phänotypisch charakterisiert und in einem späteren Stadium auch genotypisiert, um für weitere Kreuzungs- und Selektionsarbeiten nutzbares material zu identifizieren.
Abgestorbene Pflanzenteile (Streu) stellen eine wichtige Komponente biogeochemischer Nährstoffzyklen dar. Die Abbaurate von Streu durch Mineralisationsprozesse ist eine Steuergröße für die Produktivität von Ökosystemen und die Zusammensetzung von Pflanzengemeinschaften. Abgesehen von diesen langfristigen Effekten auf Ökosystemprozesse übt die Akkumulation von Pflanzenstreu jedoch auch bedeutende kurzfristige Auswirkungen auf Pflanzengemeinschaften aus. Diese können direkter Natur sein, z.B. wenn Streu als physische Barriere für die Entfaltung und Etablierung von Keimlingen wirkt, oder sie können indirekt über Veränderung abiotischer Bedingungen wirken. Die Zusammensetzung lokaler Pflanzengemeinschaften wird durch eine Reihe von Filtern kontrolliert, die aus dem globalen Artenpool jene Arten durchlassen, die (i) einen spezifischen Wuchsort überhaupt erreichen, (ii) die lokalen Standortbedingungen tolerieren und (iii) erfolgreich Interaktionen mit anderen Organismen derselben oder anderer trophischer Ebenen eingehen. Verschiedene Studien haben die wichtige Bedeutung von Interaktionen nach dem Tode , die durch die Effekte von Streu auf Artenzusammensetzung und Diversität vermittelt werden, hingewiesen. Pflanzenstreu besitzt das Potential, Etablierung und Fitness von Pflanzen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien zu beeinträchtigen. Dies geschieht durch Veränderung der chemischen (Nährstoffverfügbarkeit, Allelopathische Effekte) oder physikalischen Umwelt (Quantität und Qualität des Lichts, Temperaturamplitude, Bodenfeuchte unter einer Streudecke), durch mechanische Effekte (Streu als Barriere für das Wachstum von Keimlingen) oder durch die Beeinflussung biotischer Interaktionen, d.h. durch Auswirkungen von Streu auf Konkurrenz zwischen Pflanzenarten oder auf Herbivorie. In einer Reihe von Experimenten haben wir verschiedene Aspekte des potentiellen Effekts einer Streudecke auf die Etablierung von Keimlingen unterschiedlicher Arten von Grünland-, Wald und Steppenhabitaten untersucht (siehe Veröffentlichung).
a) Untersuchung der optimalen Bestrahlungsbedingungen zur Verhinderung der Keimung bzw. zur Reduzierung der Keimzahl in verderblichen Lebensmitteln. b) Mikrobiologische und biochemische Untersuchungsmethoden. c) Die Untersuchungen werden im Rahmen einer gelegentlichen Zusammenarbeit mit dem Institut fuer Verfahrenstechnik durchgefuehrt.
Der hochdiverse tropische Regenwald weist eine Fülle verschiedener struktureller Parameter auf, die sich je nach Exposition und Meereshöhe graduell oder abrupt ändern. Schichtung, Bestandesarchitektur, Lebensformenanteile (Palmen, Baumfarne, Hochstauden, Epiphyten etc.), Diversitätsgrößen, Durchwurzelung, Nähr- und Spurenelementverteilung ändern sich entlang von Höhengradienten oder auch entsprechend unterschiedlicher Störungsregime. Beispiele dieser Kenngrößen und ihrer Funktion sollen erfasst werden und insbesondere mit dem Auftreten der Baumlücken verknüpft werden. Baumlücken ('gaps') spielen für die Regeneration und damit Erhaltung der hohen Biodiversität und heterogenen Bestandesstruktur in Primärwäldern eine entscheidende Rolle. Wahrscheinlich lässt sich in Primärwäldern ein großer Teil der für jede Art wesentlichen Kennfaktoren, wie Regenerationsdynamik, Keimung, Jungwuchs, Alterspyramide, Zuwachsraten, etc. aus der Baumlückendynamik ableiten. Für Bergregenwälder muß dies allerdings erst noch aufgezeigt werden. Die Einbeziehung verschiedener Störungsursachen rezenter Baumfallücken gibt Hinweise auf mögliche Entwicklungsrichtungen der Waldlücken, also auch auf ihre mögliche weitere Sukzession. Je nach Artenzahl an vorkommenden Baumarten sind vergleichende Untersuchungstransekte notwendig, die in Ecuador einerseits, in Costa Rica andererseits zur Verfügung stehen und damit ideale Vergleichsmöglichkeiten bieten.
Das bereits seit dem Jahre 1993 laufende Forschungsprojekt beruht auf der neuartigen Möglichkeit, die Baumkronen des Regenwalds ohne weitere Störungen beobachten zu können (Kranbeobachtungsstation). Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und den Universitäten Bonn, Mannheim, Graz und dem UFZ durchgeführt. Inhaltlich geht es um die Aufklärung der komplexen ökologischen Zusammenhänge innerhalb des Regenwaldes, wo besonders Interaktionen zwischen Tieren und Pflanzen von Bedeutung sind. Wichtige Fragestellungen sind dabei Ameisenpflanzensysteme, blütenökologische Aspekte, Fruchtverbreitung, Schadinsekten und die Regeneration sekundärer Flächen. Um die Themen sinnvoll eingrenzen zu können und um entsprechende Hypothesen zu erstellen, wird vorerst das phänologische und fruchtökologische Spektrum von mehr als tausend Bäumen erarbeitet. In Ergänzung zu den Freilandarbeiten werden in den Labors die angefallenen Fragestellungen durch moderne Methoden weiter aufgearbeitet. Zentrale Themen sind dabei Ultrastrukturen der Oberflächen, genetische Variabilität, chromosomale Differenzierung und Wachstumstumsverhalten während der Keimung. Die Ergebnisse sollen neue Einblicke in das Evolutionsgeschehen tropischer Regenwälder geben und das Verständnis über die Funktion des Regenwaldes und die Entstehung und Erhaltung der Biodiversität erweitern.
Ökologisch erzeugtes Pflanzgut ist häufig mit Sklerotien von R. solani kontaminiert. Mögliche Folgen sind verzögerter Auflauf, Knollendeformationen und dry core Symptom. Durch gezielte Kombination aus Dekontamination der durch Befeuchtung in Keimung gebrachten Sklerotien mit einer stabilisierten Wasserstoffperoxidlösung und anschließender Inokulation mit einem spezifischen T. harzianum Stamm soll das Befallspotential signifikant reduziert werden. Die Feldversuche laufen im ersten Jahr.
Das Pflanzenhormon Abszisinsäure (ABA) hat eine wichtige Rolle bei der Samenreifung und -keimung sowie bei der Anpassung an abiotische Streßfaktoren. Im Mittelpunkt des beantragten Forschungsprojekts steht die Identifizierung von Intermediärprodukten, die die Genexpression so steuern, daß Pflanzen eine besondere Anpassung an Trockenstreß zeigen. Diese Untersuchungen sollen von der extrem trockentoleranten Pflanze Craterostigma plantagineum ausgehen, die schon eingehend untersucht worden ist im Hinblick auf ABA induzierte Genexpression, die relevant ist für Trockentoleranz. In dem vorgeschlagenen Projekt sollen zwei wesentliche experimentelle Ansätze verfolgt werden: 1. Mit Hilfe des Hefe-Ein-Hybrid Systems sollen neue Faktoren gefunden werden, die mit Promotorelementen interagieren, die für die ABA Induktion relevant sind. 2. Eine mutagenisierte transgene Arabidopsislinie, die einen ABA induzierbaren C. plantagineum Promotor, gekoppelt an Reportergen, enthält, soll zur Suche von regulatorischen Mutanten in der ABA induzierten Genexpressionskaskade benutzt werden. Bei einer Mutation zeigt das Reportergen ein verändertes Expressionsmuster
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