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Bewertung der Hg-Akkumulation in Blättern und Flüssen zwischen Vegetation und Boden in tropischen trockenen und feuchten Laubwäldern: Untersuchung der Rolle von Vegetation und Saisonalität im Quecksilberzyklus des tropischen Waldes

Aktuelle Erkenntnisse legen nahe, dass tropische Ökosysteme, insbesondere tropische Wälder, eine wichtige Rolle im globalen Hg-Zyklus spielen. Aufgrund der hohen Produktivität und Litterproduktion in tropischen Wäldern findet 70% der globalen atmosphärischen (trockenen) Hg-Deposition auf Waldböden in diesen Umgebungen statt. Es besteht ein wachsendes Interesse an der Bedeutung der Bestimmung der Beziehung zwischen Hg-Akkumulation in Blättern und Blatt-/Kronenmerkmalen wie spezifischer Blattfläche (SLA) und Blattflächenindex (LAI), um globale Hg-Modelle zu Aktualisierung. Jedoch wurden diese Parameter sowie die Hg-Akkumulation in der Vegetation tropischer Wälder noch nie untersucht. Ein weiterer entscheidender Faktor, der noch nie bewertet wurde, ist der Zusammenhang zwischen der Hg-Akkumulation in den Blättern und der Wassernutzungseffizienz (WUE), die die Menge an Kohlenstoff ist, die als Biomasse pro Einheit Wasser von der Pflanze produziert wird. Stomatale Regulation spielt eine entscheidende Rolle in der WUE, da die Stomataöffnung den Wasserverlust durch Transpiration und die Menge an CO2 beeinflusst, die gewonnen wird. Da die Hg-Aufnahme auch von der stomatalen Regulation abhängt, kann die Etablierung dieser Beziehung wertvolle Einblicke in die Rolle liefern, die Dürre und eine bessere Anpassung an Dürre durch Pflanzen mit höherer WUE zukünftig bei der Hg-Assimilation in der Vegetation spielen werden.Ziel dieser Studie ist es, den Hg-Kreislauf der Vegetation in tropischen Wäldern genauer zu charakterisieren, einschließlich zwei verschiedener Waldtypen, dem tropischen trockenen Laubwald (TDBF) und dem tropischen feuchten Laubwald (TMBF). Dadurch wollen wir dazu beitragen, eine bessere Bewertung der Bedeutung tropischer Wälder im Vergleich zu nichttropischen Wäldern als Hg-Senken zu erreichen. Die vorgeschlagene Studie zielt darauf ab, zu bestimmen, wie verschiedene tropische Waldtypen und damit verbundene klimatische Bedingungen die Hg-Akkumulation in der Vegetation antreiben und wie der Transport von der Atmosphäre in den Boden stattfindet. Schließlich wird diese Studie die Hg-Akkumulation im organischen Oberboden quantifizieren und ihre Beziehung zur C-Akkumulation und Hg-Flüssen im Laubfall bestimmen, was wertvolle zusätzliche Daten für zukünftige globale Hg-Modelle liefern wird. Die Studie wird die Hg-Akkumulation in der Vegetation charakterisieren und die saisonale und räumliche Variabilität in der Hg-Ablagerung durch Laubfall bewerten. Durch den Vergleich die zwei (nahezu) extreme tropische Systeme darstellen, können wir eine einzigartige Perspektive auf die Funktionsweise tropischer Wälder gewinnen und inwieweit sie sich in Bezug auf die Hg-Akkumulation unterscheiden.

Einfluss des Nitrat- und Chloridgehaltes im Boden auf die Transpiration von Kulturpflanzen

Die Landwirtschaft steht in vielen Teilen Europas vor zwei großen Herausforderungen: Die zunehmende Verknappung des verfügbaren Bodenwassers und eine gleichzeitige Stickstoffreduktion, als Maßnahme die eine Verunreinigung des Grund- und Oberflächenwassers durch Nitrate verhindern soll. Beide Herausforderungen stehen in Wechselwirkung, da eine geringe Verfügbarkeit von Bodenwasser zum einen die Transpiration und die Massenfluss-getriebene Aufnahme von Nährstoffen wie Nitrat (NO3-) und Chlorid (Cl-) verringert. Im Gegenzug hat sich gezeigt, dass die Aufnahme, d. h. das Vorhandensein von NO3- und Cl- im Blatt, die stomatären Bewegungen beeinflussen und somit wiederum einen wichtigen Einfluss auf den Wasserverbrauch der Pflanzen haben. In dem geplanten Projekt soll die Beziehung zwischen dem NO3--zu-Cl--Verhältnis im Boden und der stomatären Bewegung an zwei Kulturpflanzen untersucht werden; der dikotylen Ackerbohne und dem Getreide Gerste. Beide Kulturen unterscheiden sich vermutlich hinsichtlich einer Abhängigkeit von NO3- und Cl- für die Regulierung der stomatären Leitfähigkeit, da der stomatäre Schluss in Gerste von apoplastischem NO3- abhängt, während diese Abhängigkeit bei dikotylen Pflanzen nicht gefunden wurde. Darüber hinaus ist nicht bekannt, ob Gersten- oder Ackerbohnenschließzellen die Aufnahme von NO3- gegenüber Cl- bevorzugen, um die stomatäre Öffnung voranzutreiben. Das Projekt soll den Einfluss des NO3--zu-Cl--Verhältnisses im Boden auf die Stomata in vier Arbeitspaketen (APs) untersuchen, in deren Umfang Versuche auf den Organisationsebenen der Gesamtpflanzen (AP1), von Organ-/Gewebeebene (AP2), auf Einzelzellebene (AP3) und abschließend an individuellen Transportproteinen (AP4) durchgeführt werden sollen. Im AP1 werden verschiedene NO3--zu-Cl--Verhältnisse im Boden mit der Fähigkeit unserer Modellpflanzen, die Stomata sowie die Hydratisierung des Blattes zu regulieren, in Beziehung gesetzt. In AP2 werden wir untersuchen, inwieweit unterschiedliche NO3--zu-Cl--Verhältnissen im Boden die Ionen-, Metaboliten- und Hormonkonzentration (ABA) im Blattapoplasten und im Schließzellsymplasten beeinflussen, während AP3 zeigen soll, in welchem Maße das Anionenangebot (NO3-, Cl-) die stomatären Bewegungen beeinflusst. Im Zuge dessen soll geprüft werden, ob Schließzellen der Ackerbohne und Gerste NO3- oder Cl- für die osmotischen Prozesse bevorzugen, die die stomatären Bewegungen antreiben. Schließlich werden wir uns im WP4 auf die Rolle von NPF-Transportern für der Aufnahme von NO3- und Cl- in Schließzellen sowie auf die Rolle der SLAC1-ähnlichen Anionenkanäle, die diese Anionen wieder aus den Schließzellen herausschleusen können, konzentrieren. Obgleich gezeigt wurde, dass SLAC1-ähnliche Kanäle eine wichtige Rolle bei der Regulation der stomatären Bewegungen spielen, gibt es nur wenige Informationen über die Bedeutung einer NPF-vermittelten Aufnahme von NO3- und Cl- in die Schließzellen.

Effects of canopy structure on salinity stress in cucumber (Cucumis sativus L.)

Salinity reduces the productivity of cucumber (Cucumis sativus L.) through osmotic and ionic effects. For given atmospheric conditions we hypothesize the existence of an optimal canopy structure at which water use efficiency is maximal and salt accumulation per unit of dry matter production is minimal. This canopy structure optimum can be predicted by integrating physiological processes over the canopy using a functional-structural plant model (FSPM). This model needs to represent the influence of osmotic stress on plant morphology and stomatal conductance, the accumulation of toxic ions and their dynamics in the different compartments of the system, and their toxic effects in the leaf. Experiments will be conducted to parameterize an extended cucumber FSPM. In in-silico experiments with the FSPM we attempt to identify which canopy structure could lead to maximum long-term water use efficiency with minimum ionic stress. The results from in-silico experiments will be evaluated by comparing different canopy structures in greenhouses. Finally, the FSPM will be used to investigate to which extent the improvement of individual mechanisms of salt tolerance like reduced sensitivity of stomatal conductance or leaf expansion can contribute to whole-plant salt tolerance.

Calcium cycling in the soil-fig-bat compartment of a neotropical rain forest on spatially heterogeneous substrate

Calcium supply in tropical soils is variable and frequently low. In spite of the heterogeneous Ca supply, some plant species, such as figs, maintain high Ca concentrations in their tissues. Figs are keystone species with more than proportional importance for the functioning of a tropical rain forest. High Ca concentrations in fig fruits may render them particularly attractive for frugivorous vertebrates. We propose to study the whole Ca cycling from soil through a selected fig species, Ficus insipida Willd. and frugivorous bats, their main dispersers, back to soil. The study will be conducted in Panama on sites differing in soil Ca status to assess the importance of soil Ca availability for fig fruit content and bat reproduction. We will quantify aboveground Ca fluxes for 16 trees along a gradient of Ca availability in soil. We will determine (1) Ca concentrations in soils, figs and leaves, (2) nutritional quality of fig and other bat-dispersed fruits and their importance for Ca balance in relation to reproduction of fruit-eating bats, (3) Ca fluxes with litterfall, throughfall, stemflow, bat pellets and faeces, (4) the importance of the contribution of bats to the Ca cycle of individual fig trees, and (5) the effect of fig trees on soil Ca concentrations.

Forest Canopy Cover Loss (FCCL) - Germany - Monthly, Administrative Level

This vector dataset is based on a 10 m resolution raster dataset that shows forest canopy cover loss (FCCL) in Germany at a monthly resolution from September 2017 to September 2024. Results at pixel level were aggregated at municipality, district, and federal state level. For the results at administrative level we differentiate between deciduous and coniferous forests. We use the stocked area map 2018 (Langner et al. 2022, https://doi.org/10.3220/DATA20221205151218 ) as a reference forest mask. We differentiate between deciduous and coniferous forests by intersecting the stocked area map with a tree species map (Blickensdoerfer et al. 2024). Pixels of the classes birch, beech, oak, alder, deciduous trees with long lifespan and deciduous trees with short lifespan were classified as deciduous forest and pixels of the classes Douglas fir, spruce, pine, larch and fir as coniferous forest. The coverage of the two datasets is not identical, which is why a few areas of the forest reference map remained unclassified. These were filled with the dominant leaf type map of the Copernicus Land Monitoring Service (CLMS 2025). Therefore, the vector data at administrative level contains information about unclassified forest areas and the total forest area as the sum of deciduous, coniferous, and unclassified forests. The FCCL confidence at pixel level is lowest at the end of the time series because the number of repeated threshold exceedance is used as a criterion to record forest canopy cover losses. Therefore, we excluded July 2024 through September 2024 from the annual and overall statistics and summarized the respective FCCL as additional attribute. The dataset is a fully reprocessed continuation of the assessment in Thonfeld et al. (2022).

Gas exchange data from Douglas fir juveniles during experimental drought and recovery

This dataset contains physiological measurements from a controlled laboratory experiment on juvenile Pseudotsuga menziesii (Douglas fir) conducted between June and August 2023 at the experimental greenhouse facility of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Campus Alpin, Garmisch-Partenkirchen, southern Germany. The plant material originated from a commercial nursery in Franconia, Germany, and consisted of three-year-old trees maintained under uniform conditions prior to the experiment. The experiment aimed to assess the physiological responses of P. menziesii to progressive drought and subsequent recovery under controlled environmental conditions. Two drought treatments (mild and severe) were applied over a four-week period, followed by a re-watering phase. Air and soil temperature, relative humidity, vapor pressure deficit, molar flow, transpiration rate, net photosynthesis, conductance to water, and CO₂ exchange were recorded continuously using automated LI-COR gas exchange systems with separate branch (aboveground) and root (belowground) chambers. Each measurement is associated with a unique tree identifier, treatment level, and compartment. All timestamps are reported in Coordinated Universal Time (UTC). The dataset provides detailed observations suitable for examining drought stress responses and recovery dynamics in juvenile Pseudotsuga menziesii under controlled laboratory conditions.

Molecular and physiological regulation of adventitious root formation in Petunia cuttings in response to nutrient supply and dark exposure

The vegetative propagation of ornamental plants depends on adventitious root formation (ARF) in cuttings, which is related to economic losses in horticulture. Based on the established microarray for transcriptome studies, a biochemical and a transformation platform, Petunia will be used to investigate the molecular physiological regulation behind environmental modulation of ARF in shoot tip cuttings. The concept relies on the fact that ARF depends on establishment of the new sink in the stem base and is restricted by competition with the shoot apex for assimilate and nutrient provision. Leaves are considered as potential source organs and auxin is expected to be a key factor. Project part A follows the hypotheses, that high nitrogen supply to donor plants and dark exposure of cuttings promote ARF by enhanced nitrogen remobilization within the cutting and enhanced translocation and accumulation of the signalling molecules auxin and nitric oxide. In part B it is hypothesized that ARF is restricted by phase specific deficiency of macro- and microelements, which can be met by targeted nutrient supply to the stem base during certain developmental stages. In particular, the role of nitrate and urea in homeostasis of phytohormones is regarded. In both project parts, analysis of auxin and cytokinin levels by GC- and LC-MS/MS will be complemented by histochemical localization of auxin activity via the DR5 auxin reporter. The regulatory role of components will be verified by physiological and pharmacological treatments and in transgenic Petunia with a modified expression of candidate genes.

Molekulare Ursachen der cytoplasmatisch-kerngenischen männlichen Sterilität beim PET2-Plasma der Sonnenblume (Helianthus annuus L.)

Im Hinblick auf die Ursache der cytoplasmatisch-kerngenischen männlichen Sterilität beim PET2-Plasma konnte sowohl ein neuer offener Leserahmen orf288 identifiziert werden, der für ein 10,6-kDa-Protein mit einer potentiellen Transmembrandomäne kodiert, als auch ein zusätzliches 5'-deletiertes atp9 Gen (orf231). Der orf288 wird in Blättern der männlich sterilen Pflanzen (PET2) und der fertilitätsrestaurierten Hybride exprimiert. Bei der Überexpression des orf288 in E. coli erwies sich dieser als cytotoxisch, ebenso der orf231. Es muss geklärt werden, ob der orf288 für das spezifische 12,4-kDa-Protein im PET2-Plasma kodiert. Außerdem sind für die Wirkungsweise die Lokalisation innerhalb der Mitochondrien und eine mögliche Assoziation mit anderen mitochondrialen Proteinkomplexen von Bedeutung. Zudem muss der Einfluss des Restorergens RfPET2 auf die Transkription und Expression des Genprodukts des orf288 und/oder des orf231 in den Blüten untersucht werden. Über die Transformation von Tabak mit einem Konstrukt zur antherenspezifischen Expression des orf288 und/oder orf231 soll der ursächliche Zusammenhang zwischen der männlichen Sterilität und diesen orfs erbracht werden.

Quantifizierung effektiver Windlasten auf Bäume durch die Untersuchung der Kronenrekonfiguration

In den vergangenen 70 Jahren stellten Stürme die größte Naturgefahr für europäische Wälder dar. Sturmschäden treten auf, wenn Bäume destruktiven Windlasten ausgesetzt sind. Aufgrund ihrer weiträumigen Ausdehnung verursachten Winterstürme die größten Schadholzmengen. Die Bedeutung von Winterstürmen für das Schadholzaufkommen in den europäischen Wäldern hat sich in den letzten 30 Jahren erhöht. Sechs der sieben schwersten Winterstürme traten nach 1990 auf. In der Vergangenheit waren besonders Nadelbaumarten von Schäden durch Winterstürme betroffen, weil sie im Gegensatz zu Laubbaumarten ihre Nadeln ganzjährig behalten. Durch die winterliche Belaubung ist die Übertragung von kinetischer Energie der bodennahen Strömung auf die Baumkronen effizient, weil die angeströmte Kronenfläche sehr groß ist. Aufgrund des derzeit ablaufenden Klimawandels kann davon ausgegangen werden, dass zukünftig neben den Winterstürmen vermehrt konvektive Sturmereignisse auftreten, die ganzjährig zu Sturmschäden an Bäumen und Wäldern führen, insbesondere im Sommer. Der Vorteil der saisonalen Belaubung von Laubbaumarten wird durch das ganzjährige Auftreten von destruktiven konvektiven Sturmereignissen verringert. Sturmereignisse können die Vitalität der verbleibenden Bestände in den betroffenen Regionen verringern und sekundäre biotische Naturgefahren wie Kalamitäten von Borkenkäfern und wirtschaftliche Verluste induzieren. Sturmschäden beeinträchtigen Ökosystemdienstleistungen wie die Holzproduktion, die Erholungsfunktion, Wasser- und Erosionsschutz und die CO2-Senkenleistung. Durch katastrophale Stürme kann die CO2-Senkenleistung von Wäldern bei einer sehr kurzen Exposition stark minimiert werden. Umfassendes Wissen über die auf Bäume wirkenden Windlasten ist eine grundlegende Voraussetzung, um Sturmschäden an Bäumen und in Wäldern zu minimieren. (i) Während zahlreiche (auch eigene) frühere Studien Muster von Wind-Baum-Interaktionen identifiziert und beschrieben haben, (ii) besteht immer noch eine grundlegende Wissenslücke hinsichtlich der absoluten instantanen Beträge von Windlasten, die Wind-Baum-Interaktionen hervorrufen. Diese fundamentale Wissenslücke besteht, weil nur rudimentäre quantitative Kenntnisse über die Verformung von Baumkronen unter realen Windbedingungen vorliegen (Rekonfiguration). Die Rekonfiguration bestimmt die Übertragung von kinetischer Strömungsenergie auf Baumkronen entscheidend mit. Das Projekt TreeCon soll dazu beitragen, diese Wissenslücke zu schließen. Die zu erwartenden Ergebnisse und die damit verbundenen neuen Erkenntnisse tragen dazu bei, zukünftige Sturmschäden an Bäumen und Wäldern zu minimieren. Für die Erzielung der neuen Kenntnisse wird ein neuartiges, kostengünstiges Messsystem zum Einsatz gebracht und mit bestehenden Messsystemen kombiniert, wodurch sich bisher nicht vollständig beantwortbare Fragen klären und Hypothesen überprüfen lassen. Das Messsystem eignet sich insbesondere für Untersuchungen an Laubbäumen.

Erhöhung des Resistenzpotentials der Gerste - Ein interdisziplinärer Ansatz unter besonderer Berücksichtigung der Resistenzaktivierung, Molekulare Untersuchungen zum Einfluss wurzelbesiedelnder Pilze auf Resistenz und Suszeptibilität in Gersteblättern

Arbuskuläre Mykorrhizen erhöhen zwar die Resistenz von Pflanzen gegenüber pilzlichen Wurzelpathogenen und Bodennematoden, in oberirdischen Pflanzenteilen scheinen aber die Verteidigungsmechanismen unterdrückt zu werden. Auf der anderen Seite gibt es Hinweise, dass Blätter von Pflanzen, die mit dem Wurzelendophyt Piriformospora indica besiedelt sind, weniger stark von Blattpathogenen befallen werden. Diese Phänomene sollen auf cytologischer und molekulargenetischer Ebene untersucht werden. Der Einfluss des Mykorrhizapilzes Glomus spec. und des Wurzelendophyten Piriformospora indica auf die Infektion von Blättern und Wurzeln der Gerste mit nekrotrophen und biotrophen pilzlichen Pathogenen wird einmal makro- und mikroskopisch untersucht. Außerdem sollen Gene isoliert und charakterisiert werden, deren Expression (1) in den Blättern durch die Besiedelung der Wurzel mit Glomus spec. und P. indica oder (2) in den Wurzeln durch gleichzeitige Besiedelung mit Glomus spec. oder P. indica und mit einem Pathogen induziert ist. Als dritten gilt es, Gene zu identifizieren, bei denen durch die Anwesenheit eines Mykorrhizapilzes in der Wurzel die chemische Induktion ihrer Expression in den Blättern inhibiert ist.

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