The energetic efficiency of C4 photosynthesis is strongly affected by bundle sheath leakiness, which is commonly assessed with the 'linear version' of the Farquhar model of 13C discrimination, and leaf gas exchange and 13C composition data. But, the linear Farquhar model is a simplification of the full mechanistic theory of ? in C4 plants, potentially generating errors in the estimation of leakiness. In particular, post-photosynthetic C isotope fractionation could cause large errors, but has not been studied in any detail. The present project aims to improve the understanding of the ecological and developmental/physiological factors controlling discrimination and leakiness of the perennial grass Cleistogenes squarrosa. C. squarrosa is the most important member of the C4 community which has spread significantly in the Mongolia grasslands in the last decades. It has an unusually high and variable discrimination, which suggests very high (and potentially highly variable) leakiness. Specifically, we will conduct the first systematic study of respiratory 13C fractionation in light and dark at leaf- and stand-scale in this C4 species, and assess its effect on discrimination and estimates of leakiness. These experiments are conducted in specialized 13CO2/12CO2 gas exchange mesocosms using ecologically relevant scenarios, testing specific hypotheses on effects of environmental drivers and plant and leaf developmental stage on discrimination and leakiness.
Vom größten Riffkomplex des Atlantischen Ozeans vor der Küste von Belize (Zentralamerika) liegen bislang keine historischen Klimadaten aus Korallen vor. In dem hier beantragten Projekt sollen 18 bereits vorliegende Bohrkerne aus massiven Korallen von Belize sklerochronologisch und geochemisch untersucht werden. Variationen der Wachstumsraten und Schwankungen in der isotopischen Zusammensetzung von Kohlenstoff und Sauerstoff in den Korallenskeletten sollen ermittelt werden, um eine Klimageschichte der letzten 150-200 Jahre für die Region aufzustellen. Da die Kerne in unterschiedlichen Rahmenbedingungen (offenmarine, lagunäre und landnahe Position; unterschiedliche Wassertiefen) genommen wurden, sollte es weiterhin möglich sein, Einflüsse lokaler Variationen von Umweltparametern wie Temperatur, Salinität, Nährstoffgehalten und Licht zu entziffern. Die Ergebnisse dieser Studie sollen mit publizierten historischen Klimadaten des COADS (comprehensive ocean-atmosphere data set) Datensatzes verglichen werden. Weiterhin ist geplant, die Daten mit anderen im Atlantik im Bereich der Sklerochronologie tätigen Arbeitsgruppen auszutauschen, um einen Beitrag zur Rekonstruktion der Veränderlichkeiten von Meeresströmungen und Klima im karibisch-atlantischen Raum zu leisten.
Die Effizienz der Photosynthese determiniert das Überleben der Pflanzen, die daher auf mehreren Ebenen ein Netzwerk aufgebaut haben, um sich auf Änderungen ihrer Lichtumgebung einzustellen. Änderungen in der Lichtqualität werden empfangen und über spezielle Signaltransduktionskaskaden weitergeleitet, welche wiederum mit anderen Faktoren und Signalwegen interagieren, um das pflanzliche Wachstum zu optimieren und Entwicklungsprozesse anzupassen. Auf diese Art und Weise beeinträchtigt die Lichtqualität auch das Wachstum von Nutzpflanzen. Daher ist ein Verständnis auf molekularer Ebene darüber, wie Pflanzen auf Licht reagieren, wichtig, um Nutz- und Kulturpflanzen zu optimieren. In diesem Projekt wollen wir die Rolle des Brassinosteroid (BR)-regulierten Transkriptionsfaktors CESTA für die Integration der Lichtsignaltransduktion für das BR-regulierte Wachstum verstehen.
Zielsetzung: Als Zielsetzung ist der Ersatz der seit Jahren verwendeten Fluoreszenzlampen (SYLVANIA GRO-LUX, SYLVANIA STANDARD COOL WHITE) durch Philips GreenPower LED string zu sehen. Um das zu erreichen, werden vorerst über eine Testperiode von drei Jahren umfassende Versuche mit blauen und roten (unterschiedliches Verhältnis des blauen und roten Wellenlängenbereichs kommt zur Anwendung) sowie weißen LED string durchgeführt. Neben der Energieersparnis (bis zu 60% bei der In-vitro-Kultivierung von Pflanzen) sowie der geringeren Wärmeentwicklung, wird der Einfluss von Philips GreenPower LED string auf Endophyten, deren Eliminierung sehr aufwendig ist, untersucht. Bedeutung des Projekts für die Praxis: An der HBLFA für Gartenbau und Österreichische Bundesgärten haben sich in der pflanzlichen In-vitro-Vermehrung folgende Fluoreszenzlampen mit geringer PPFD (photosynthetic photon flux densitiy) von 10-35Ìmol m-2.s-1 bewährt: SYLVANIA GRO-LUX mit langwelligem roten und kurzwelligem blauen Licht; SYLVANIA STANDARD COOL WHITE mit kaltem, weißen Licht. In der Photosynthese absorbiert das Chlorophyll der Pflanze hauptsächlich blaues (Wellenlänge ca. 450nm) und rotes (Wellenlänge ca. 660nm) Licht. SYLVANIA GRO-LUX -Leuchtstoffröhren stellen das für die Photosynthese im blauen und roten Bereich benötigte Licht im optimalen Verhältnis zur Verfügung. Kaltes, weißes Licht findet unter anderem in der In-vitro-Keimung und In-vitro-Vermehrung von Ericaceen (Rhododendron, Vaccinium) Verwendung.In Hinblick auf die Energie-Ersparnis (bis zu 60% bei der In-vitro-Kultivierung von Pflanzen) sowie die geringere Wärmeentwicklung werden Philips GreenPower LED string im verschiedenen Verhältnis des blauen und roten Wellenlängenbereichs (bei Fluoreszenzlampen nicht möglich) und als kaltes weißes Licht getestet. Eine weitere Thematik wird untersucht: Und zwar die Wirkung von Philips GreenPower LED string auf Endophyten, deren Eliminierung sehr aufwendig ist.
Der biogeochemische Eisenkreislauf stellt ein wichtiges Reaktionsnetzwerk dar, welches einen direkten Einfluss auf umweltrelevante Prozesse in Sedimenten hat. Eisen(II)-oxidierende und Eisen(III)-reduzierende Bakterien kontrollieren zu großen Teilen die (Im)Mobilisierung von Eisen in Sedimenten. Unser klassisches Verständnis vom sedimentären Eisenkreislauf beschreibt, dass die Hauptsubstratquelle (Eisen(II) für Eisen(II)-oxidierende Bakterien die mikrobiellen Eisen(III)-reduktion ist, welcher typischerweise in tieferen Zonen von Redox-stratifizierten Sedimenten ansässig ist. Bislang wurde der Prozess der Eisen(III)-Photoreduktion nicht als signifikante Eisen(II) Quelle in limnische Sedimente betrachtet. In dem beantragten Forschungsprojekt, stellen wir die Hypothese auf, dass die Photoreduktion von Eisen(III) in limnischen Sedimenten eine zusätzliche Eisen(II)-Quelle für Eisen(II)-oxidierende Bakterien in den obersten (teilweise) oxischen und Lichtdurchfluteten Sedimentschichten darstellt. Zu diesem Zweck werden wir hochaufgelöste Licht und geochemische Messungen (O2, gelöstes Fe(II), pH, H2O2) mit Mikrosensoren durchführen und die Eisenmineralogie als Funktion der Lichtqualität (Wellenlänge) und Lichtquantität (Intensität) in Süßwassersedimenten bestimmen. Darüber hinaus werden wir den Einfluss von natürlichen organischen Material auf die Eisen(III)-Photoreduction untersuchen. Zusätzlich werden wir die Rolle von reaktiven Sauerstoffspezies auf die Bioverfügbarkeit von produzierten Eisen(II) in oxischen Sedimenten bestimmen. Dieses Forschungsprojekt untersucht einen Prozess der bislang in Sedimenten vernachlässigt wurde und öffnet die Türen zu einem neuen Verständnis des biogeochemischen Eisenkreislaufs und den assoziierten Eisen(II) Stoffflüssen entlang sedimentärer Redoxgradienten.
Die kürzlich beendete IODP Exp. 385 (Guaymas Basin Tectonics and Biosphere, Sept.-Nov. 2019) bohrte acht Stellen im Guaymas Basin, einem jungen Rift Becken im Golf von Kalifornien, das sich durch aktiven Vulkanismus und hohe Ablagerungsraten von organisch reichen Sedimente auszeichnet, bedingt durch die hohe Primärproduktivität im darüber liegenden Wasser, sowie dem starken Eintrag von terrigenen Sedimenten. Die Expedition erbohrte Kerne mit organisch reichen Sedimenten die von vulkanischen Sills unterbrochen werden. Die Mikrobiologie war eines der zentralen Forschungsthemen dieser Expedition. Ein großer Probensatz zur Quantifizierung von Sulfatreduktionsraten, dem quantitativ wichtigsten Elektronenakzeptorprozess in marinen Sedimenten, wurde gesammelt und befindet sich nun am GFZ. Das vorgeschlagene ThermoSill-Projekt wird sich zunächst auf die allgemeinen Eigenschaften der mikrobiellen Sulfatreduktion in diesen Kernen sowie auf die Auswirkungen von Druck und Temperatur konzentrieren. Die Bohrkerne wiesen sehr unterschiedliche geothermische Gradienten von 200 bis über 800 Grad C / km auf, und die an Bord gemessenen geochemischen Daten weisen bereits auf eine große Vielfalt biogeochemischer Prozesse hin. In Tiefseesedimenten, insbesondere solchen, die solche in großer Sedimenttiefe und daher hoher in-situ Temperatur, sind organische Substrate wie kurzkettige organische Säuren im Allgemeinen ein begrenzender Faktor. Da die Sedimente im Guaymas-Becken hydrothermal beeinflusst werden, liefert die thermogene Aufspaltung von makromolekularen organischen Substanzen im Sediment reichlich mikrobielle Substrate. ThermoSill wird untersuchen, ob dieses große Angebot an Substraten zu einem bevorzugten Abbau bestimmter Substrate führt und damit wird damit einen Beitrag zum Verständnis der Prozesse an der oberen Temperaturgrenze des Lebens liefern. Besonderes Augenmerk wird auf die anaerobe Oxidation von Methan gelegt. Im letzten Teil des Projekts wird das Eindringen von Sills in Sedimente und der damit einhergehende Temperaturanstieg im umgebenden Sediment durch Heizexperimente simuliert. Diese Experimente werden von Pyrolyseexperimenten und kinetischen Modellen begleitet, um zu testen, ob eine solche kurzzeitige Erwärmung die mikrobielle Gemeinschaft über geologische Zeitskalen hinweg beeinflussen kann. Das vorgeschlagene Projekt ist direkt relevant für die Ziele der Expedition. Es ist auch eine Ergänzung zu einem laufenden Projekt, das die Auswirkungen von Druck und Temperatur auf die mikrobielle Sulfatreduktion in nicht hydrothermal beeinflussten Sedimenten aus dem Nankai-Trog (IODP. Exp. 370) untersucht.
Photosynthese und Respiration - die zwei dominierenden Komponenten des C-Haushaltes von Pflanzen und Ökosystemen - lassen sich mit konventionellen Methoden der Gaswechselmessung nicht mit befriedigender Präzision trennen. Dieser Sachverhalt begründet Defizite im Verständnis des C- und Energiehaushaltes von Kulturpflanzen und Ökosystemen. Im vorliegenden Vorhaben sollen neuartige CO2 Gaswechselmesstechniken in Kombination mit der kontinuierlichen Messung der C- und O-isotopischen Signaturen (d13C und d18O) des CO2 eingesetzt werden, um Photosynthese und Respiration eines Pflanzenbestandes im Licht zu quantifizieren und zu trennen. Grundlage hierfür ist die Bestimmung der natürlich entstehenden Unterschiede in der C- und O-isotopischen Signatur von photosynthetischen und respiratorischen CO2-Flüssen. Diese Ergebnisse werden mit Schätzwerten aus Untersuchungen mit anderen Methoden verglichen. In den Experimenten sollen Photosynthese, Respiration, Wachstum und Assimilateverteilung der Bestände durch differenzielle N-Ernährung manipuliert und deren Auswirkung auf die 13C- und 18O-Signaturen des respirierten und fixierten CO2 charakterisiert werden. Mit den gewonnenen Daten lässt sich erstmalig die Übertragbarkeit der bislang nur auf der Skala von Blättern verifizierten Modelle zur C- und O-Isotopendiskriminierung auf die Skala von Pflanzenbeständen und Ökosystemen überprüfen.
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).
Der UV-A/Blaulichtrezeptor Cryptochrom 2 (cry2) spielt eine zentrale Rolle bei der photoperiodischen Blühinduktion. Wichtige Komponenten der Signalleitung von cry2 sind mehrere nah verwandte bHLH Transkriptionsfaktoren (CIB1, CIB2, CIB4, CIB5), die Blaulicht-abhängig an cry2 binden, als Heterodimere an nicht-kanonische E-Box Motive in der Promotorregion des FLOWERING LOCUS T (FT) Gens binden und hierdurch die Expression dieses zentralen Blühgens induzieren. Weiterhin interagiert cry2 im Blaulicht mit SPA-Proteinen und inhibiert damit die Aktivität der E3 Ubiquitin Ligase CONSTITUTIVE PHOTOMORPHOGENESIS 1 (COP1), die maßgeblich am Abbau des FT-Transkriptionsaktivators CONSTANS (CO) beteiligt ist. Wir haben gezeigt, dass der FAD-Chromophor im signalaktiven Zustand von cry2 in der neutralen Semichinonform vorliegt und die Bildung dieser Form durch Metabolite wie ATP und NADPH verstärkt wird. Gerichte und strukturbasierte Mutagenese von CRY2 lieferte Hinweise darauf, welche Aminosäuren für die Metabolit-Kontrolle erforderlich sind. Diese Information soll genutzt werden, um die Rolle dieser Metabolite bei der photoperiodischen Blühinduktion aufzuklären. Geplant ist hierfür die Expression entsprechender cry2 Allele in planta und die Analyse der generierten Pflanzenlinien hinsichtlich Blühverhalten, FT-Expression und Interaktion mit down-stream Komponenten. Diese Untersuchungen sollen durch in vitro Studien mit rekombinanten Proteinen komplettiert werden. Im Gegensatz zum Wildtyp Allel von cry1 induziert die cry1L407F Mutante gesteigerte Expression von CO und FT sowie frühes Blühen im Kurztag. In vitro Analysen zeigten ein tryptisches Spaltmuster von cry1L407F im Dunkeln, welches dem von Wildtyp cry1 im Blaulicht entspricht. Das geplante Vorhaben soll klären, ob cry1L407F die gleichen Komponenten wie cry2 für die Induktion von FT nutzt. Hierfür sind Analysen der cry1L407F Mutante im cib1/cib2/cib5 Hintergrund sowie Interaktionsstudien mit cry2 Partnern geplant. Direkte Zusammenarbeiten ergeben sich mit den Vorhaben von Christian Jung (Blühkontrolle bei Beta vulgaris) und Markus Schmid (Regulation des Blühzeitpunkts durch Trehalose-6-P).
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 809 |
| Land | 31 |
| Wissenschaft | 12 |
| Type | Count |
|---|---|
| Ereignis | 1 |
| Förderprogramm | 804 |
| Messwerte | 2 |
| Strukturierter Datensatz | 2 |
| Text | 12 |
| Umweltprüfung | 5 |
| unbekannt | 7 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 19 |
| offen | 810 |
| unbekannt | 2 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 678 |
| Englisch | 233 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 1 |
| Datei | 3 |
| Dokument | 12 |
| Keine | 543 |
| Unbekannt | 1 |
| Webseite | 278 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 545 |
| Lebewesen & Lebensräume | 570 |
| Luft | 467 |
| Mensch & Umwelt | 831 |
| Wasser | 430 |
| Weitere | 813 |