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Wirkungsdauermessprogramm (WDMP)

Beobachtung immissionsbedingter Wirkungen an 14 Standorten in NRW: Gehalte an Schwermetallen und organischen Schadstoffen in Futter- und Nahrungspflanzen (Gras, Grünkohl), Gehalte an Schwermetallen in der Deposition

Aufnahme von Fremdchemikalien durch verschiedene Pflanzen, die auf Boeden mit Kompost wachsen. Nachweis von Fremdchemikalien in pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln sowie im Carcinomgewebe des Menschen

In bereits gewonnenen Ergebnissen stellten wir fest, dass Pflanzen Fremdchemikalien in unterschiedlicher Konzentration in den oberirdischen und unterirdischen Teilen anreichern. Den Boeden wurden unterschiedliche Mengen von Kompost beigegeben, dessen Schadstoffgehalt vorher untersucht worden war. In den Pflanzen wurden Blei, Cadmium, Chrom und polycyclische Aromaten bestimmt. Es soll geklaert werden, welche Beziehung zwischen dem Schadstoffgehalt der mit Kompost behandelten Boeden und den auf solchen Boeden gezogenen Pflanzen bestehen. 1. Weine aus Weinbaugebieten, in denen seit Jahren industriell hergestellter Kompost als 'Bodenverbesserungsmittel' (100 t/ha) Anwendung fanden sich PAK von 0,1-05 ug 3,4-Benzpyren/1,1,0-3, oug 3,4-Benzinfluoranthen/1 und 1,36-3,21 mg Blei/l Wein. (Grenzwert fuer Blei im Wein: 0,3 mg Blei/l). 2. Nahrungspflanzen (Moehren, Sommergerste, Sommerweizen, Mais, Kartoffeln und Dill), die auf drei unterschiedlich alten Parzellen einer Muelldeponie mit verschiedenen Abdeckschichten gezogen worden waren sowie auf einem Kontrollbeet. Nachgewiesen wurden in Abdeckschicht, Muellschicht und Boden und in den Pflanzen PAK sowie Cd, Cr und Pb. Die Abdeckschichten unterschieden sich in Sickerwasserberegnung und Bodenbehandlung. Auffallend waren bei diesem Feldversuch eine Reduzierung des Massenertrages und Laengenwachstums sowie eine Instabilitaet der Pflanzen.

Nutzung von Genomvariation zur Optimierung der stomatären Eigenschaften und zur Schaffung von klimaresistentem und nahrhaftem Reis

Steigende Temperaturen und Wassermangel verringern die Ernteerträge und die Qualität der Ernte in vielen landwirtschaftlichen Regionen. Dieses Problem wird sich durch den Klimawandel voraussichtlich noch verstärken. Wir werden uns in diesem Projekt auf Reis, eine er die wichtigste menschliche Nahrungspflanzen, konzentrieren. Der Anbau von Reis ist wasserintensiv, und vom Klimawandel besonders betroffen. Wir wollen mehrere natürliche genetische Variationen identifizieren und testen, die bereits einige Reis-Landrassen in die Lage versetzen, unter warmen und trockenen Klimabedingungen ausreichend Saatgut zu produzieren. Das Projekt hat die Verbesserung der Klimaresistenz von Nutzpflanzen zum Ziel. Ein Fokus liegt dabei auf der Rolle der Spaltöffnungen. Diese regulierbaren Poren steuern den Wasserverlust aus der Pflanze und sind daher entscheidend für die Verdunstungskälte und die Reaktion auf Trockenstress. Wir haben bereits die Genome von fast eintausend Reissorten untersucht, um eine Liste von 30 Genen mit natürlich vorkommenden Variationen zu identifizieren, die mit Wachstum in schwierigen Umgebungen verbunden sind. Sechs dieser Gene wurden priorisiert, und drei von ihnen sind direkt an der Regulierung der Spaltöffnungen beteiligt. Um herauszufinden, welche dieser Gene am ehesten in der Lage sind, Klimaresilienz zu verleihen, werden wir 200 traditionelle Reissorten, die entweder funktionale oder nicht-funktionale Kopien unserer Zielgene enthalten, untersuchen. Wir werden diese Reissorten sowohl in sorgfältig kontrollierten Umgebungen als auch in tropischen Feldversuchen anbauen und ihre Stressresistenz und ihren Nährstoffgehalt messen. Die Daten aus diesen Experimenten werden nicht nur die genetischen Sequenzen aufzeigen, die von Natur aus mit Hitze- und Dürretoleranz verbunden sind, sondern es auch ermöglichen, mit Hilfe von maschinelles Lernen die Eigenschaften, die die beste Vorhersagen für die Leistung der Pflanzen auf dem Feld erbringen, zu ermitteln. Wir werden die Funktion unserer Zielgene durch genetische Manipulation ihrer Expression verifizieren und durch in silico transkriptomische, physiologische und biochemische Analysen neue genomische Ressourcen für die Reisforschungsgemeinschaft bereitstellen. Schließlich werden wir mit Hilfe von Gene Editing versuchen die gefundene Stressresistenz in stressanfälligen modernen Elitereissorte wiederherzustellen. Um dies zu erreichen, brauchen wir die verschiedenen Fähigkeiten unseres multidisziplinären Teams. Darüber hinaus haben wir ein "Bürgerwissenschaftliches" Programm entwickelt, um die Rolle aller 30 klimaassoziierten Reisgenen neben den vorrangigen Zielgenen zu untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir mit Schülern in lokalen Schulen in den USA und Großbritannien zusammenarbeiten. Hierbei werden wir zusätzliche Gene untersuchen und den Schülern und Lehrern die Möglichkeit geben, einen Beitrag zu den internationalen Forschungsbemühungen die den Klimawandel bekämpfen zu leisten.

Dynamische Anpassung der Quellenkapazität an fluktuierende Licht- und Temperaturumgebungen

Wheat is one of the most important staple food crops and high grain yields are essential for global food security. Breeding raised yields continuously over the past century, however yield potential is increasingly suppressed by challenges associated with climate change and regulatory restrictions on crop inputs. Our extensive previous work confirmed that limitations to wheat yield potential are primarily determined by traits implicated in source-sink relations. The aim of this subproject in the Package Proposal “Wheat source-sink relationships and limitations (WheatSouSi)” is to understand the effects of environmental fluctuations on the formation, acclimation and limitation of canopy source capacity.Plants constantly acclimatize their photosynthetic capacity to fluctuating light and temperature environments. Acclimations are dynamic physiological processes affecting the size and the capacity of photosynthetic organs, which determine source capacity of winter wheat for grain filling. Although light and temperature acclimation of photosynthesis have been well studied using constant light and temperature environments, our knowledge about the acclimation to fluctuating light and temperature conditions is rare. Based on the hypothesis that synthesis rates of photosynthetic proteins depend non-linearly on light and temperature, we first propose a mechanistic model of photosynthetic protein turnover to describe the acclimation to fluctuating light and temperature. Second, a series of growth chamber experiments are planned to parameterize and to validate the proposed model in 50 winter wheat cultivars. The differences in photosynthetic acclimation strategies between cultivars can be characterized by their parameters in the model. Additionally, the combined effects of light and temperature on the coordination between stomatal morphology, photosynthetic induction and water use efficiency at leaf level will be quantified and integrated into static and dynamic functional-structural plant models (FSPMs) to understand how canopy source capacity can be maximized by photosynthetic acclimation strategies. To synthesize the outcomes of all results, structural equation modelling will be used to systematically test the strength and significance of causal interdependencies between physiological traits, source strength, sink strength and grain yield. The knowledge gain will facilitate a better understanding of crop physiology and improve crop models describing source and sink dynamics.

Untersuchungen ueber die Schwermetallgehalte von Boeden und landwirtschaftlich-gaertnerischen Produkten im Gebiet der Landwirtschaftskammer Hannover

Am Harzrand, auf Kreideverwitterungsboeden, in den Talauen der Harzfluesse, im Aussendeichgebiet der Elbe werden deutlich bis stark erhoehte Schwermetallgehalte von Boeden, Futter- und Nahrungspflanzen angetroffen. Geringfuegig erhoehte Gehalte in Pflanzen treten darueber hinaus an Standorten mit leichteren Boeden im noerdlichen Niedersachsen auf. Es besteht eine enge Beziehung zwischen den calciumchlorid-loeslichen (austauschbaren) Gehalten der Boeden und der Pflanzen.

Nitratgehalte von Boeden, Nahrungspflanzen und Waessern

Durch Erhebungsuntersuchungen von Gemueseproben aus dem Feldgemuesebau und aus dem Haus- und Kleingartenbereich sowie Beregnungswaessern werden statistische Kennzahlen der Nitratgehalte erarbeitet. Landwirtschaftlich, forstwirtschaftlich und gaertnerisch genutzte sowie Oedlandstandorte werden in 3 Terminen bis auf 120 cm Bodentiefe auf Nitrat untersucht, um eine Stickstoffbilanzierung vornehmen zu koennen.

Artengemeinschaften von Nachtfaltern in mitteleuropäischen Waldökosystemen

Nachtfalter stellen ein sehr artenreiches Segment der herbivoren Insekten in allen terrestrischen Ökosystemen dar. Durch die enge Verflechtung mit den Nahrungspflanzen ihrer Larven reagieren Nachtfalter empfindlich auf Veränderungen der Artenzusammensetzung und Struktur der Vegetation in ihren Habitaten. Zugleich lassen sich Nachtfalter durch Lichtfänge bzw. Anlockung mit Fruchtködern systematisch und standardisiert erfassen. Wir untersuchen an mehreren taxonomischen Gruppen (besonders Noctuoidea, Geometroidea, Pyraloidea) im Vergleich, wie stark sich die Artengemeinschaften der Nachtfalter in unterschiedlichen Waldökosystemen voneinander unterscheiden, welche Gruppen als Indikatoren besonders geeignet sind und ob sich die Nachtfalter-Taxozönosen temperater Ökosysteme von solchen tropischer Wälder grundlegend unterscheiden. Darüber hinaus benutzen wir die empirischen Daten aus den Aufsammlungen, um unterschiedliche Methoden der Quantifizierung von 'Biodiversität' zu evaluieren und methodische Standards für tierökologische Habitatbeurteilungen zu erarbeiten.

Quelle-Senke-Beziehungen in Weizen unter abiotischem Stress: Räumlich-temporale Dynamik der Kornfüllung

Weizen ist eines der wichtigsten Nahrungspflanzen weltweit und hohe Erträge tragen maßgeblich zur globalen Ernährungssicherheit bei. In umfangreichen Vorarbeiten konnten wir zeigen, dass das Ertragspotenzial moderner Weizensorten in erster Linie durch kontextabhängige Senke-Quelle-Beziehungen eingeschränkt ist: Moderne Sorten zeichnen sich zwar durch Verbesserungen in fast allen maßgebenden Merkmalen aus; jedoch tragen sie immer noch viele unerwünschte Allelkombinationen.Wir führten eine umfassende Phänotypisierung von quellen- sowie senkenbezogenen Merkmalen unter verschiedenen Umwelt- und Bewirtschaftungsszenarien in einem großen historischen Panel europäischer Winterweizensorten durch. Dadurch konnten wir moderne Sorten einerseits mit erhöhter Quellenstärke identifizieren, die z.B. durch eine hohe Wasser- und Stickstoffaufnahmeeffizienz, ein hohes Biomassepotenzial und/oder eine hohe Strahlungsinterzeptions- und -nutzungseffizienz begünstigt wird. Andererseits identifizierten wir auch Sorten mit einer bemerkenswerten Senkenstärke aufgrund einer hohen Anzahl von Körnern pro Flächeneinheit. Diese vermeintlichen physiologischen Vorteile führten jedoch nicht immer zu einem höheren Kornertrag: Stattdessen zeigten solche Genotypen oft Senkendefizite in Form von unregelmäßiger Kornbildung, räumlich-zeitlicher Variabilität der Kornentwicklung oder anderen Quelle-Senke-Kompromissen.Ziel dieses Teilprojekts im Paketantrag "Weizen Senke-Quelle-Beziehungen und Grenzen (WheatSouSi)" ist es, die räumliche Verteilung der Kornzahl bzw. -größe in Relation zur Anzahl der Spindelstufen am Haupttrieb und Nebentrieben in genetisch unterschiedlichen Winterweizensorten unter verschiedenen Umweltbedingungen zu beschreiben. Darüber hinaus werden Beziehungen zwischen wasserlöslichen Stängelkohlenhydraten, Pollenfertilität, Kornansatz und Korngewicht in einem räumlichen Zusammenhang entlang der Ähre unter verschiedenen Umweltbedingungen untersucht. Diese Daten werden verwendet, um die Vor- und Nachteile verschiedener Allelkombinationen von Schlüsselgenen für Fertilität und Kornzahl in Bezug auf die Verfügbarkeit von Kohlenhydraten unter abiotischen Stressbedingungen zu bewerten. Schließlich werden gemeinsame Analysen mit drei anderen kooperierenden Projekten durchgeführt, um abiotische Stressreaktionen zu verschiedenen Entwicklungszeitpunkten zu untersuchen, Kohlenhydrate in Quelle-Senke-Modelle zu implementieren und merkmalsbezogene Allelfrequenzänderungen im Zusammenhang mit der züchterischen Selektion auf Kornertrag zu erörtern. Insgesamt werden diese umfassenden gemeinsamen Analysen neue Einblicke in die Auswirkungen des Zuchtfortschrittes für den Kornertrag auf die Quellen-Senken-Beziehungen bei modernem Weizen geben.

Veränderung von Insektenpopulationen in Österreich in den letzten 30 Jahren - Ursachen und ausgewählte Beispiele

Die Veränderung des Artenbestandes von Insekten in Österreich ist ein seit langem untersuchtes Thema, das vor allem durch die Darstellung in den Roten Listen der gefährdeten Tiere Österreichs für viele Gruppen bereits ausführlich abgehandelt wurde. Erst in neuerer Zeit haben Auswertungen quantitativer Studien gezeigt, dass auch die Individuenzahl bzw. die Biomasse vieler Insektengruppen offenbar stark rückläufig ist. Während für manche Wirbeltiergruppen - vor allem Vögel - langjährige, teils auch räumlich detailliert aufgelöste Zeitreihen über die Veränderungen der Populationsdichte und Individuenzahlen existieren und die Ursachenforschung hinter diesen Phänomenen teils weit fortgeschritten ist, fehlt diese Information weitgehend für Insekten wie auch für fast alle anderen Wirbellose in Österreich. Dieses Projekt verfolgt daher mehrere Ziele: In einem ersten Schritt werden die für Österreich maßgeblichen anthropogenen Einflussfaktoren auf Insektenpopulationen zusammenfassend dargestellt und deren Wirkung analysiert. Besonderes Augenmerk wird dabei auf diejenigen Wirkfaktoren gelegt, die direkt oder indirekt auf das Vorkommen und die Fortpflanzungsmöglichkeiten von Insekten Einfluss nehmen können. So soll beispielsweise für die oft genannte Ursache 'Einsatz von Pestiziden' die tatsächlich wirksame Folgeerscheinung im Lebensraum von Insekten herausgearbeitet werden (in diesem Fall u. a. Verlust von Nahrungspflanzen oder direkte Mortalität durch die Wirksamkeit der eingesetzten Mittel). Die geschieht in Abstimmung mit dem derzeit in Ausarbeitung befindlichen 'Insektensterben-Projekt' des Umweltbundesamtes. Der bedeutsame nächste Schritt ist eine Priorisierung der erarbeiteten Einflussfaktoren hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Veränderung von Insektenpopulationen. Dies erfolgt auf zwei Wegen: Einerseits werden die quantitativen Veränderungen der Ursachen im Verlauf der letzten 30 Jahre (z. B. die Zunahme des Lebensraumverlustes durch Überbauung) soweit erfassbar recherchiert und damit das Ausmaß der Einflussgröße der jeweiligen Ursache auf Insektenpopulationen ermittelt. In einem zweiten Schritt wird anhand der Sensibilität der Vertreter einer ausgewählten Gruppe von Insektenfamilien (mit etwa 10 % der heimischen Insektenvielfalt) die mögliche Stärke der Wirkung der jeweiligen Ursachen abgeschätzt. Dies erfolgt anhand einer durch Experten jeder Art zugeordneten Serie an Parametern, die für die Art entscheidend für das Vorkommen ist (z. B. Spezifität der Nahrungswahl, klimatische Ansprüche an Wärme bzw. Trockenheit, Bindung an Sonderstandorte etc.). Bei nahrungspflanzenspezifischen Arten wird zusätzlich durch Verschneidung mit der Bestandsentwicklung und Gefährdung der betreffenden Pflanzenarten die Abhängigkeit dieser Arten von bestimmten Pflanzengruppen bzw. deren Habitate herausgearbeitet. (Text gekürzt)

DATIPilot - Sprint - EcoPrep-Micro: Analytik und Qualitätssicherung von Umwelt- und Lebensmittelproben in Hinblick auf Microplastik durch Anwendung der nachhaltigen µ-Peel und µ-Sep Technologie

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