Die Wechselwirkung der Wurzeln mit ihrem Mikrobiom ist für die Gesundheit und Fitness der Pflanzen von entscheidender Bedeutung. Durch das Verständnis der molekularen und genetischen Grundlagen der wurzelhaarabhängigen vorteilhaften Wechselwirkungen zwischen Wurzel und Mikroben wird es möglich sein Pflanzen zu züchten, die auf landwirtschaftlichen Böden mit geringer Nährstoffverfügbarkeit eine überlegene Leistung zeigen und somit der Einsatz von Mineraldünger reduziert werden kann.Das übergeordnete Ziel der zweiten Phase des SPP 2089 besteht darin, die wurzelhaargesteuerte Selbstorganisation des Rhizosphären-Mikrobioms zu verstehen und dessen Einfluss auf die Morphologie, Anatomie und Genexpression der Wirtswurzel zu untersuchen. In diesem Projekt werden wir die Komplexität der Wechselwirkungen der Wirtswurzeln mit Bodenmikroben aufdecken, indem wir mittels RNA-Sequenzierung und 16S-rRNA-Gensequenzierung die Transkriptome und Mikrobiome verschiedener Wurzeltypen und Wurzelzonen von genetisch verschiedenen Wurzelhaarmutanten in unterschiedlichen Bodentexturen (Lehm und Sand) miteinander kombinieren werden. Aus diesen Untersuchungen werden wir Kandidatengene identifizieren können, die mit Schlüsselmikroben interagieren. Der physiologische Zusammenhang zwischen den identifizierten Kandidatengenen und den Schlüsselmikroben wird uns helfen verschiedene morphologische und anatomische Eigenschaften der verschiedenen Wurzeltypen bestimmen zu können. Darüber hinaus werden wir die räumliche Verteilung von Schlüsselgenen und Schlüsselmikroben durch fluoreszierende In-situ-Hybridisierung untersuchen. Aus diesen Ergebnissen werden wir schließlich synthetische Gemeinschaften von repräsentativen Schlüsselmikroben entwickeln, um deren Rolle bei der Genregulation in Mais zu validieren. Mit Hilfe unserer hausinternen revers-genetischen BonnMu Mutanten Datenbank werden wir neue Mutanten identifizieren, die einen Gendefekt in der Biosynthese von Sekundärmetaboliten aufweisen.
Die Karte zeigt die mittlere Veränderung des potenziellen Zusatzwasserbedarfs (in mm) 2071-2100 gegenüber 1971-2000 unter dem „Kein-Klimaschutz“-Szenario (RCP8.5). Unter Zusatzwasserbedarf wird die mittlere Wassermenge innerhalb der Vegetationsperiode (April-September) verstanden, die zur Aufrechterhaltung von 40 % nutzbarer Feldkapazität (nFK) im effektiven Wurzelraum (nFKWe) erforderlich ist. Berechnet wird die mittlere Wassermenge für einen Mittelwert der Fruchtarten Winterweizen, Wintergerste, Wintergerste mit Zwischenfrucht, Sommergerste, Mais, Zuckerrüben und Kartoffeln. Die Klimamodelle sind mit dem „Kein-Klimaschutz“-Szenario (RCP8.5) angetrieben. Dabei handelt es sich um ein Szenario des IPCC (Weltklimarat), welches einen kontinuierlichen Anstieg der globalen Treibhausgasemissionen beschreibt, der bis zum Ende des 21. Jahrhunderts einen zusätzlichen Strahlungsantrieb von 8,5 Watt pro m² gegenüber dem vorindustriellen Niveau bewirkt. Die Ergebnisse aller Klimamodelle sind gleich wahrscheinlich. Daher kann neben dem Mittelwert, der eine Tendenz aufzeigt, auch der obere (Maximum) und untere (Minimum) Rand der Ergebnisbandbreite über den MapTip abgerufen werden.
Bei Freisetzung transgener Pflanzen (Mais, Raps, Zuckerrueben) wird die Problematik des Gentransfers bearbeitet. Im Vordergrund stehen dabei Untersuchungen zum Pollentransfer und zur Stabilitaet von DNA in Boeden.
Publizierte Daten über die Wirkung des Stresshormons Abscisinsäure (ABA) auf die hydraulische Leitfähigkeit von Wurzelsystemen (Lp,) sind widersprüchlich. Abhängig von den angewandten Methoden wurden an Wurzelsystemen Stimulationen und Hemmungen beobachtet, die möglicherweise auf den Einfluss der ABA auf die Aktivität von Aquaporin zurückgehen. In diesem interdisziplinären Projekt soll die hormonelle Steuerung der hydraulischen Leitfähigkeit von Wurzeln Lp, durch das Pflanzenhormon Abscisinsäure untersucht werden. Erstmals werden ABA-Gehalte und -Wirkungen sowohl auf der Ebene der ganzen Wurzel (Einzelwurzel, Wurzelsysteme) und von Einzelzellen unter verschiedenen Bedingungen (Kontrolle, Salzstress, Anaerobiose) erfasst. Es wird untersucht, wie ABA in die hydraulische Leitfähigkeit auf der Zell- und Wurzelebenebeeinflusst und wie diese Änderungen mit endogenen Schwankungen des ABA-Gehaltes und der Expression von Aquaporinen in Wurzelgeweben und einzelnen Zellen korrelieren. In die Untersuchungen zur hormonellen Regulation der Wasseraufnahme wird auch bereits verfügbarer genetisch veränderter Mais einbezogen, bei dem ein heterologes Aquaporin aus A. Thaliana in der Plasmamembran konstitutiv experimentiert ist. Da diese Expression ABA-unabhängig erfolgt, sollen diese Experimente einen zusätzlichen Nachweis auf eine Steuerung der Aktivität von Wasserkanälen durch ABA liefern.
In den vergangenen Jahren haben Berichte über wirtschaftliche Verluste durch bodenbürtige Schädlinge, wie dem Drahtwurm in verschiedenen Kulturen wie Kartoffeln, Mais und Zuckerrübe deutlich zugenommen. Da selbst im konventionellen Anbau derzeit keine hinreichend effektiven Bekämpfungsmöglichkeiten zur Verfügung stehen, sind neue Strategien zur Bekämpfung der Drahtwürmer dringend erwünscht. Mit der Entwicklung einer Attract & Kill-Strategie (A&K) zum Einsatz in der Kartoffel haben die Antragsteller wissenschaftliche und technische Grundlagen für eine innovative und effektive Bekämpfungsstrategie entwickelt. Das daraus hervorgegangene Produkt mit dem Namen ATTRACAP® wird derzeit, mittels einer Notfallzulassung, im konventionellen und ökologischen Kartoffelanbau erfolgreich eingesetzt. Das Ziel des hier beantragten Vorhabens besteht nun darin, die bisherigen Ansätze der A&K Strategie, die in das Produkt ATTRACAP® eingeflossen sind, für den Einsatz im Maisanbau weiterzuentwickeln. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt auf einer Erhöhung der Wirkungssicherheit bzw. Geschwindigkeit, Steigerung der Lockwirkung, Verbesserung der Trocknungsfähigkeit. Insgesamt soll auch die Wirtschaftlichkeit auf ein ökonomisch tragfähigeres Niveau angehoben werden.
Die Anwendung von Mulchfolien ist essentieller Bestandteil einer nachhaltigen Landwirtschaft. Allerdings treten zunehmende Umweltprobleme mit der damit assoziierten Müllakkumulation sowie auch der Mikroplastikkontamination im Umweltsystem auf. Das Mikroplastik ist hierbei ein physikalisches Abbauprodukt der Mulchfolien, welches sich im Agrarökosystem, in den Böden, den Gewässern und potentiell auch in der Nahrungskette verteilt. Daher wird der Übergang zu bioabbaubaren Mulchfolien als wegweisende Lösung aus dieser Problematik angesehen. Allerdings sind die Abbauprodukte dieser abbaubaren Plastikformen und deren Implikationen bisher wenig erforscht und ihre Auswirkung auf das Umweltsystem kann nicht abgeschätzt werden. Das übergreifende Ziel dieses Projekt ist es daher zu untersuchen, ob und in welchem Umfang die Freisetzung dieser Abbauprodukte das Bodenmikrobiom und dessen Funktionen aber auch den pflanzlichen Metabolismus und die Wurzelexsudation beeinflusst. Um diese zu untersuchen identifizieren wir die Abbauprodukte mittels einer Inkubation der bioabbaubaren Folien in einem Modellbodensystem mit Inokulaten mikrobieller Bodengemeinschaften. Des Weiteren wird die Auswirkung dieser Abbauprodukte auf das System Pflanzen-Boden in einem Mesokosmusversuch eruiert. In diesem werden die Auswirkung auf bodenmikrobielle Gemeinschaften, deren Funktionen und die Wurzelmetabolite von Mais untersucht - alle Faktoren, welche essentiell für Nährstoffkreisläufe und die Bodenfruchtbarkeit verantwortlich sind. Isotopenmarkierte abbaubare und konventionelle Plastikfolien (z.B. 13C-Polyhydroxybutyrate (PHBs - gewonnen aus mikrobiellen Kulturen), 13C-Polyethylene) werden eingesetzt um die Dynamik des Abbaus und das Schicksal der Abbauprodukte im Boden zu verfolgen. Die Applikation von 13C-markierten PHBs auf Böden mit 14C-angereicherter mikrobieller Nekromasse (repräsentativ für die junge organische Bodensubstanz) wird es uns nicht nur ermöglichen potentielle Primingeffekte der Abbauprodukte zu quantifizieren, sondern auch, welche Pools der organischen Bodensubstanz hiervon besonders betroffen sind. All diese Studien finden auf repräsentativen koreanischen und deutschen Ackerböden statt. Das so generierte übergeordnete Verständnis der Auswirkungen bioabbaubarer Mulchfolien auf das Boden-Pflanze-System wird es uns erlauben Implikationen für das Agrarökosystem abzuschätzen. Diese Erkenntnisse werden zu grundsätzlichen Empfehlungen über eine nachhaltige Weiterentwicklung einer zukunftsorientierten Landwirtschaft beitragen.
Subproject 3 will investigate the effect of shifting from continuously flooded rice cropping to crop rotation (including non-flooded systems) and diversified crops on the soil fauna communities and associated ecosystem functions. In both flooded and non-flooded systems, functional groups with a major impact on soil functions will be identified and their response to changing management regimes as well as their re-colonization capability after crop rotation will be quantified. Soil functions corresponding to specific functional groups, i.e. biogenic structural damage of the puddle layer, water loss and nutrient leaching, will be determined by correlating soil fauna data with soil service data of SP4, SP5 and SP7 and with data collected within this subproject (SP3). In addition to the field data acquired directly at the IRRI, microcosm experiments covering the broader range of environmental conditions expected under future climate conditions will be set up to determine the compositional and functional robustness of major components of the local soil fauna. Food webs will be modeled based on the soil animal data available to gain a thorough understanding of i) the factors shaping biological communities in rice cropping systems, and ii) C- and N-flow mediated by soil communities in rice fields. Advanced statistical modeling for quantification of species - environment relationships integrating all data subsets will specify the impact of crop diversification in rice agro-ecosystems on soil biota and on the related ecosystem services.
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 1202 |
| Kommune | 47 |
| Land | 2215 |
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| Wissenschaft | 15 |
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| Type | Count |
|---|---|
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