Böden sind als Standort für Pflanzen und Lebensraum für eine Vielzahl von Mikroorganismen ein integraler Bestandteil von Ökosystemen. Das Kernprojekt Boden stellt grundlegende Daten über Bodeneigenschaften und Bodenfunktionen bereit. Wir organisieren zudem koordinierte Bodenprobenahmen auf den Experimentier-Flächen (EP) und beteiligen uns an der Synthese in den Biodiversitäts Exploratorien (BE). Im Vordergrund steht dabei die Fragestellung, wie sich Landnutzung und Biodiversität auf den Eintrag, die Speicherung und die Stabilität von Kohlenstoff und Nährstoffen im Boden auswirken. In der vergangenen Projektphase der BE haben wir 2017 die koordinierte Bodenprobenahme auf allen EP wiederholt und grundlegende Bodenparameter für weitere Projekte zur Verfügung gestellt. Wir haben zudem das Monitoring des Streufalls auf allen Waldflächen fortgesetzt. Wir konnten zeigen, dass der Streufall in den ungenutzten Wäldern größer als in genutzten Wäldern war, wozu insbesondere die größere Menge an Zweigen, Ästen und Früchten im ungenutzten Wald beitrug. Die Umsatzzeiten von Kohlenstoff in der organischen Auflage zeigen, dass diese sowohl durch den Standort (z.B. pH Wert, Nährstoffverfügbarkeit) als auch durch die Qualität der Streu beeinflusst werden. Der Abbau von organischer Substanz wurde auf allen Experimentier-Flächen in situ durch Messung der Bodenatmung bestimmt. Durch die Trockenheit im Sommer 2018 waren die gemessenen Bodenatmungsraten gering. Trotzdem konnten im Wald Effekte der Untersuchungsregion, der Landnutzung und der Hauptbaumart nachgewiesen werden. Die Nährstoffauswaschung wurde mit Austauscherharzen im Jahr 2018/19 kumulativ bestimmt, so dass die Analyse noch nicht abgeschlossen ist. In der kommenden Projektphase werden wir das Bodenmonitoring auf allen EP fortsetzen. In enger Kooperation mit anderen Projekten werden wir eine weitere Bodenprobenahme auf allen 300 EP organisieren. Diese Probenahme wird dann auch die neu etablierten Wald- und Grünlandexperimente einschließen. Auf allen Flächen werden wir grundlegende Bodeneigenschaften und Indikatoren für die Bodenqualität bestimmen, auch um die Vergleichbarkeit der neuen Versuchsflächen mit den bisherigen Untersuchungsflächen (den Kontrollflächen) sicherzustellen. Wir werden das Bodenprobenarchiv sowie das Streufall-Monitoring in den BE fortführen. Da die zentrale Frage des Waldexperiments ist, inwiefern ein Lückenschlag durch geänderte Resourcenverfügbarkeit die Biodiversität beeinflusst, werden wir in den neu etablierten Lücken sowohl den Streueintrag, als auch die Nährstoffverfügbarkeit im Boden bestimmen. Wir werden überprüfen, ob diese Änderungen in der Nährstoffverfügbarkeit durch den Abbau von organischer Bodensubstanz bedingt werden. Dazu werden wir die Bodenatmung, Enzymaktivitäten, den Streuabbau und die Aktivität der Bodenfauna bestimmen. Zusätzlich zu unseren bisherigen Synthese-Aktivitäten werden wir dann zur gemeinsamen Bewertung des Waldexperimentes beitragen.
Wirbeltiere sind mit einer großen Zahl von Mikroorganismen assoziiert. Diese mikrobiellen Gemeinschaften tragen um Größenordnungen mehr Gene als ihre Wirte und erfüllen Funktionen, die im Genom des Wirts nicht kodiert sind. Der Magen-Darmtrakt zeichnet sich durch ein sehr diverses Mikrobiom aus. Beim Menschen wird eine verminderte mikrobielle Vielfalt im Darm mit vielen Krankheiten in Verbindung gebracht, darunter Autoimmunerkrankungen, Diabetes und Fettleibigkeit. Über die Beziehung zwischen Darmmikroben und Gesundheit in wild lebenden Wirbeltierpopulationen ist jedoch nur wenig bekannt, da dort eine höhere genetische Variation und eine ausgeprägte Umweltheterogenität die Auswirkungen des Darmmikrobioms auf den Wirt modulieren oder sogar überlagern können. Diese große Lücke in unserem Wissen über die Wechselwirkungen zwischen Wirt und Mikrobiom behindert unser Verständnis von Widerstandsfähigkeit und Anpassung von wild lebenden Tieren an den Klimawandel. In diesem Projekt untersuchen wir die antarktischen Pelzrobben und wollen verstehen wie sich Veränderungen im Darmmikrobiom der Tiere auf die Fitness von unterschiedlichen Wildpopulation auswirken. Als Steuergröße wird das verringerte Nahrungsangebot für einige Wildpopulationen genutzt, dass sich durch den Klimawandel in manchen Regionen der Antarktis ergeben hat. Entsprechend untersuchen wir zwei interagierende Umweltstressoren - Nahrungsbeschränkung und soziale Dichte. Das Projekt konzentriert sich auf das kritische Entwicklungszeitfenster zwischen der Geburt und der Ernährungsunabhängigkeit und wird die Auswirkungen wichtiger intrinsischer und extrinsischer Faktoren auf das Darmmikrobiom und sein Zusammenspiel mit mehreren fitnessrelevanten Phänotypen wie Wachstum, Überleben, Stresshormonspiegel, Immunfunktion und Genexpression aufklären. Darüber hinaus wird ein kürzlich entwickelter Einzelnukleotid-Polymorphismus-Array eine robuste Bewertung der modulierenden Auswirkungen des Wirtsgenotyps ermöglichen, einschließlich der vererbbaren genetischen Variation und der genetischen Qualität, ausgedrückt als Inzucht und immunogenetische Vielfalt. Wir stellen die Hypothese auf, dass eine geringere Nahrungsverfügbarkeit die mikrobielle Vielfalt im Darm verringert und die Prävalenz mukolytischer und proinflammatorischer Taxa erhöht, was sich negativ auf die Fitness des Wirts auswirkt. Diese Auswirkungen könnten bei Individuen mit schlechter genetischer Qualität besonders ausgeprägt sein, da diese weniger effektiv in der Lage sind, schädliche Mikroben zu bekämpfen, und dies auch unter stressigen Bedingungen mit hoher Dichte. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass durch die Kombination von phänotypische Parametern der Individuen mit mikrobiellen Daten, erstmals mechanistische Einblicke in die Wirts-Mikroben-Interaktionen einer Wildtierart möglich werden, was Vorhersagen über langfristige Populationstrends und das Management des empfindlichen Ökosystems des Südlichen Ozeans ermöglicht.
Unser Wissen zur Ökologie und Bedeutung von Mikroorganismen in Böden ist umfassend. Dies gilt im Gegensatz dazu nicht für die Ökologie der Viren. Erkenntnisse dazu hinken dem Kenntnisstand aus aquatischen Lebensräumen weit hinterher. Böden beherbergen eine große Anzahl an Viren und das Viren - Wirt Verhältnis liegt meist deutlich über jenem in aquatischen Systemen. Unterschiede in den Virenpopulationen können teilweise auf unterschiedliche Bodencharakteristika (pH, Wassergehalt, Anteil an organischem Material) erklärt werden. Dies lässt den Schluss zu, dass Unterschiede in der Landnutzung entsprechend die Virenabundanz als auch Viren - Wirt Interaktionen beeinflussen. In Böden tragen bis zu 68% aller Bakterien induzierbare Prophagen, ein Hinweis darauf, dass die Heterogenität im Boden und die ungleiche Verteilung der Mikroorganismen eine lysogene Vermehrung von Viren selektiert. Dies hat zur Folge, dass der Austausch von genetischer Information zwischen Virus und Wirt vorwiegend durch Transduktion stattfindet. Bis dato analysierte Virenmetagenome aus dem Boden bestanden bis zu 50% aus transduzierten Genen prokaryotischen Ursprungs. Obwohl davon ausgegangen werden kann, dass Viren im Boden, wie für aquatische Lebensräume gezeigt, einen signifikanten Einfluss auf die räumliche und zeitliche Dynamik ihrer Wirte (Killing the Winner Hypothese) und deren kontinuierliche Anpassung (Red Queen Hypothese), wichtige Ökosystemfunktionen und biogeochemische Prozesse haben, kennen wir die Art und Häufigkeit der Interaktionen nicht und empirische Daten fehlen. Wir postulieren, dass Transduktion eine wichtige Rolle für die Resilienz von Böden unter intensiver Landnutzung spielt, da in diesen Böden i) die mikrobielle Diversität vergleichsweise niedrig ist, was zu einer erhöhten Sensitivität gegenüber Veränderungen in den Umweltbedingungen führt. Andererseits, ii) hat die durch Düngung erhöhte spezifische Aktivität von Mikroorganismen eine erhöhte Transduktionsrate zur Folge, da Viren für ihre Vervielfältigung auf metabolisch aktive Wirte angewiesen sind. Um unsere Hypothese zu überprüfen, werden wir an 150 Standorten der Biodiversitäts-Exploratorien und im Detail an einer Auswahl an Grünlandstandorten mit unterschiedlicher Intensität der Bewirtschaftung Untersuchungen durchführen. Analysiert wird die Beziehung zwischen Virenabundanzen und VBRs mit der Bewirtschaftung, der Vegetationsperiode und den vorherrschenden Umweltbedingungen. Zusätzlich untersuchen wir mit Hilfe moderner molekularer Methoden die Zusammensetzung der Virengemeinschaften und ihre Diversität, sowie viren-assoziierte Funktionen prokaryotischen Ursprungs. Experimente zu Virus-Wirt Interaktionen und die Analyse von CRISPR like structures in den prokaryotischen Wirten werden Erkenntnisse zu der Ökologie bakterieller Gemeinschaften liefern. Nicht zuletzt werden wir Viren von abundanten Bodenbakterien (z.B. Pseudomonaden) für vergleichende Genomanalysen und Kreuzinfektionsversuche isolieren.
Biologische Bodenkrusten (Biokrusten) sind Hotspots an mikrobieller Diversität und Aktivität, die als 'Ökosystemingenieure' biogeochemische Kreisläufe (N, P) kontrollieren und die Bodenoberfläche stabilisieren. Biokrusten sind ein komplexes Netzwerk vielfältiger, interagierender Mikroorganismen mit verschiedensten Lebensweisen. In den gemäßigten Breiten ist wenig über die Einflussfaktoren auf Struktur und Funktion der Biokrusten bekannt. Daher wollen wir die Diversität der Mikroorganismen in Biokrusten (Bakterien, Protisten, Pilze und Algen) und ihre biogeochemische Funktion in den Waldflächen der Biodiversitätsexploratorien (BE) entlang von Landnutzungsgradienten untersuchen, um deren Beeinflussung durch Landnutzung und Umweltfaktoren zu verstehen.Das zentral organisierte, neue Störexperiment in den Waldflächen ist eine hervorragende Möglichkeit, um die Entwicklung einer Biokruste unter natürlichen Bedingungen nach einer starken Störung zu verfolgen. Eine Teilfläche simuliert Kahlschlag (die Stämme werden entfernt), die andere Teilfläche einen zukünftig häufiger auftretenden Orkan (Stämme verbleiben auf der Fläche). Wir werden die Entwicklung der Bodenkrusten von einem jungen zu einem reifen Stadium visuell (Flächenbedeckung) und durch Probenahme (Biomasse, Nährstoffe, Bodenorganik, Mikrobiota) mittels Feld-, analytischen und molekularen Methoden regelmäßig über zwei Jahre verfolgen. Außerdem werden wir an der zentralen Bodenbeprobungskampagne in allen 150 Waldflächen teilnehmen und parallel Biokrusten sammeln. Wir werden die mikrobielle Biomasse in der Biokruste quantifizieren, ihre Gemeinschaftsstruktur mittels Hochdurchsatzsequenzierung beschreiben und dies mit dem Umsatz von Stickstoff- und Phosphorverbindungen verschneiden. Um Schlüsselorganismen dieser Prozesse zu identifizieren und in hoher räumlicher Auflösung zu visualisieren, wird zusätzlich ein Laborexperiment unter Anwendung von stable isotope probing und NanoSims durchgeführt. Die Daten zur Biodiversität und funktionellen Genomik werden mit den Nährstoffstatus der Biokrusten (Konzentration und chemische Speziierung von C, N und P) verknüpft. Das Laborexperiment mit stabilen Isotopen wird unser Verständnis von Biokrusten Schlüsselorganismen im N- und P-Nährstoffkreislauf und den Einfluss der räumlichen Heterogenität fundamental verbessern. Diese Daten erlauben zum ersten Mal die quantitative und qualitative Rekonstruktion der wichtigsten Stoffkreisläufe und mikrobiellen Interaktionsmuster in Biokrusten als Reaktion auf Landnutzung und Störung. Abschließend werden die ermittelten Daten in das gemeinsame bodenkundliche Netzwerk der BE integriert und dienen dann als Keimzelle für ein Synthese-Vorschlag mit dem Ziel, die Leistung der Biokruste quantitativ und qualitativ mit anderen Hotspots in Böden, wie Detritus- oder Rhizosphäre, zu vergleichen.
Within the Biodiversity Exploratory Priority Program, Core Project 8 has the mission to deliver high quality base line data on structural and functional diversity of soil microorganisms in relation to land use. Soil microorganisms, defined as having a body size below 50 micro m, encompass millions of species belonging to all regna. Their distribution is extremely dense but heterogeneous among soil microhabitats. Only a small part of them is active at each time point, and they function within complex interaction networks to ensure matter turnover, water cycle, productivity and biodiversity aboveground, but also regulate atmosphere gas composition. Due to advances in molecular biology and bioinformatics within the last decades, soil microbial communities can now be rationally characterized at different scales from the pedon to the region. In this new phase, Core Project 8 will significantly extend its service to the priority program by covering Bacteria and Archaea in addition to the general and arbuscular mycorrhizal soil fungi analyzed in the past. Accordingly, this core project will now be maintained by three PI groups. While a barcode sequencing approach of DNA and cDNA will enable us to characterize diversity of fungi and bacteria in 1.110 plots at both taxonomical and functional levels, metagenomics will provide enlarged functional data and allows us to cover further groups such as Archaea and micro-eukaryotes. By merging the barcode data in cross-kingdom co-occurrence network analyses using commonly improved bioinformatics and advanced statistic tools, we will identify key stone species, which will be functionally characterized based on the obtained metagenomics data. This program will be performed on all 300 experimental plots of the three exploratory regions as well as in all treatments of the new extensive grassland and forest gap experiments. For all these plots, Core Project 8 also has the central mission of extracting and distributing soil nucleic acids (DNA & RNA) for all contributing projects dealing with microorganisms. Further we also provide bioinformatics and specific sequencing support, thus warranting a high quality standard of data, for meta-analyses, and synthesis all over the Biodiversity Exploratories.
Gesamtziel des Vorhabens ist die Identifizierung und Verifizierung mikrobieller Systemzustandsindikatoren und die Entwicklung von darauf basierenden Prozessmodellen zur störungsfreien und bedarfsgerechten Prozesssteuerung. Damit wird die zukünftig verstärkte Nutzbarkeit von Reststoffen unterstützt, die oft schwer vergärbar und/oder prozesskritisch sind und in wechselnder Menge und Zusammensetzung anfallen. Um dieses Ziel zu erreichen, werden in Laborfermentern gezielt und systematisch praxisrelevante Prozessvariationen (inkl. typische Stresssituationen) für unterschiedlich widerstandsfähige Biogas-Mikrobiome herbeigeführt, um mikrobielle Indikatoren für spezifische Systemzustände und deren Stresstoleranzpotenzial gegenüber wirkenden und stetig wechselnden Umweltfaktoren zu identifizieren. Im Ergebnis sollen Schwellenwerte für kritische Prozessbedingungen festgestellt werden, unter denen sich die Indikatorarten bzw. Indikatorgruppen anreichern oder reduzieren/verschwinden. Damit sollen die Voraussetzungen geschaffen werden, um einfache, schnelle und kostengünstige mikrobiologische Nachweisverfahren entwickeln und anwenden zu können. Über Modelle zur zeitlichen Entwicklung der mikrobiellen Diversität, insbesondere mikrobieller Systemzustandsindikatoren sollen Vorhersagen getroffen werden, wie mikrobielle Gemeinschaften auf Prozessvariationen reagieren, um Handlungsempfehlungen zur Vermeidung von Prozessstörungen im Praxisbetrieb abzuleiten.
Der Wurzelgallennematode Meloidogyne javanica und der Erreger der Fusariumwelke, Fusarium oxysporum f.sp. lycopersici sind bedeutende Welkeerreger im Gemüsebau des Mittleren Ostens wie auch weltweit. In der Praxis treten beide Erreger häufig gemeinsam auf und verursachen synergistische Ertragsverluste. Die Bekämpfung beider Pathogene gestaltet sich als äußerst schwierig, wobei eine völlige Ausschaltung beider Pathogene in der Regel kaum möglich ist. In den vergangenen Jahren wurde das durch die beiden Pathogene hervorgerufene Welkesyndrom primär durch Bodenbegasung mit Methylbromid bekämpft. Die völlige Abhängigkeit von diesen zwar wirkungsvollen, aber auch umweltschädigenden Pflanzenschutzmitteln hat die Entwicklung alternativer Bekämpfungsverfahren über Jahre verhindert. Der Einsatz von Methylbromid wird ab dem Jahre 2001 verboten, da dieses Pestizid das Bodenleben zu 90 Prozent abtötet und in erheblichem Maße zur Zerstörung der Ozonschicht beiträgt. Die Entwicklung wirkungsvoller und umweltfreundlicher Bekämpfungsverfahren stellt eine der aktuellen Herausforderungen in der Phytomedizin dar. Eine der Möglichkeiten soll in dem vorliegenden Projekt näher untersucht werden. Durch Steigerung der Effektivität antagonistischer Mikroorganismen sowie gleichzeitiger Applikation von Mikroorganismen mit unterschiedlichem Wirkungsmechanismus wird die Bekämpfung des Welkesyndroms an Tomaten untersucht. Im einzelnen ergeben sich folgende Ziele: 1) Verbesserung der Wirksamkeit der antagonistischen Mikroorganismen Pseudomonas fluorescens T58 und Bacillus megaterium 25-6, sowie Trichoderma harzianum T-35 und T-203, 2) Optimierung von Formulierung und Applikation der Antagonisten, und 3) grundlegende Untersuchungen zur Wirkung der verbesserten Stämme auf Pflanzenentwicklung, Befallsverlauf und mikrobielle Diversität im Boden. Die Antragsteller verfügen über langjährige Erfahrungen zum Einsatz antagonistischer Mikroorganismen und der Bekämpfung des Welkesyndroms.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 152 |
| Wissenschaft | 14 |
| Type | Count |
|---|---|
| Daten und Messstellen | 11 |
| Förderprogramm | 152 |
| Sammlung | 1 |
| unbekannt | 2 |
| License | Count |
|---|---|
| geschlossen | 1 |
| offen | 165 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 126 |
| Englisch | 74 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Archiv | 5 |
| Datei | 6 |
| Keine | 81 |
| Webseite | 74 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 135 |
| Lebewesen und Lebensräume | 166 |
| Luft | 89 |
| Mensch und Umwelt | 166 |
| Wasser | 106 |
| Weitere | 163 |