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Die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre in ihrer Bedeutung für Stoffumsätze in Böden

Die Bedeutung der mikrobiellen Besiedlung von Wurzeloberfläche und Rhizosphäre für Stoffumsätze in Böden soll im Gewächshaus mit vier Gefäßversuchen erfasst werden. Im ersten Versuch wird die Eignung Ergosterol und Muraminsäure zur Quantifizierung von Pilz- und Bakterienbiomasse auf Wurzeloberflächen mit anderen, insbesondere mikroskopischen Methoden überprüft. Im zweiten Versuch wird der Einfluss der Pflanzenart auf die mikrobielle Besiedlung der Wurzeloberfläche untersucht. Im dritten Versuch wird ermittelt, ob die mikrobielle Biomasse eines Bodens und deren Zusammensetzung, dargestellt durch die Quotienten von Ergosterol (Biomarker für Pilze) bzw. Muraminsäure (Biomarker für Bakterien) und mikrobieller Biomasse, die mikrobielle Besiedlung von Wurzeloberflächen beeinflusst. Im vierten Versuch wird das Verhalten der rhizoplanen Organismen während des Absterbens der Wurzel beobachtet und untersucht, inwieweit es zu Interaktionen mit den Mikroorganismen der Rhizosphäre und des Gesamtbodens kommt. Dazu wird nicht nur die mikrobielle Biomasse quantifiziert, sondern auch der Übergang der Wurzelbiomasse in mikrobielle Residuen als Zwischenspeicher für Nährstoffe speziell beachtet. Es ist davon auszugehen, dass die Interaktionen zwischen Pflanze, mikrobieller Biomasse und mikrobiellen Residuen eine wichtige Funktion für die Immobilisierung und Mobilisierung von Pflanzennährstoffen haben.

Einfluß von Mangan auf Redoxprozesse im Blattapoplasten und deren Bedeutung für die Mangan-Gewebetoleranz bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.

Die physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Unterschieden in der Mn-Gewebetoleranz in Abhängigkeit vom Genotyp, Blattalter, Si-Versorgung und Form der N-Ernährung (NO3-N versus NH4-N) sind noch weitgehend ungeklärt. Vorliegende Informationen aus der Literatur und insbesondere die eigenen Vorarbeiten weisen darauf hin, daß die Wirkungen von Mn auf Redoxprozesse im Blattapoplasten entscheidend für Mn-Toxizität und Mn-Toleranz sind. Im Vordergrund des beantragten Vorhabens soll daher die Untersuchung dieses Kompartiments stehen. Bei Cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) soll mit Hilfe von histochemischen Methoden überprüft werden, ob ein erhöhtes Mn-Angebot zu einem vermehrten Auftreten von reaktiven Sauerstoffspezies im Zellwandbereich führt. Neben der Bestimmung der antioxidativen Substanzen Ascorbinsäure, Glutathion und a-Tocopherol (Zusammenarbeit mit der AG Noga, Universität Bonn) des Apoplasten und Cytosols, des im Cytoplasma vorliegenden regenerativen Halliwell-Asada-Zyklus (Monodehydroascorbat- und Dehydroascorbat-Reduktase bzw. Glutathion-Reduktase) soll eine Charakterisierung der im Blattapoplasten lokalisierten Enzyme Peroxidase und Superoxid-Dismutase sowie der im Apoplasten vorkommenden Phenole vorgenommen werden, deren Zusammensetzung als mitentscheidend für die physiologischen Ursachen der Mn-Gewebetoleranz angesehen wird. Aufgrund der erwarteten Parallelen zwischen Mn- und Ozon-Toxizität soll vergleichend auch die Mn- bzw. Ozon-Toleranz verschiedener Pflanzenarten in Kooperation mit der AG Langebartels (GSF, Oberschleißheim) untersucht werden. Die Freisetzung von Ethan und Ethen als Indikatoren von Membranperoxidation soll mit Hilfe der hochempfindlichen Technik der Photoakustik in Zusammenarbeit mit der AG Kühnemann (Universität Bonn) bestimmt werden. Es wird erwartet, daß das Vorhaben zur Klärung der physiologischen Ursachen von Mn-Toxizität und Mn-Toleranz beiträgt.

Untersuchungen zur Überflutungstoleranz von Bäumen

Sauerstoffmangel im Wurzelbereich ist einer der wichtigsten abiotischen Stressfaktoren, der Wachstum und Konkurrenz von Baumarten in Waldökosystemen bestimmt. Daher ist das Verständnis von Adaptationsmechanismen toleranter Pflanzen von großer ökologischer und ökonomischer Bedeutung. Physiologische Anpassungsstrategien umfassen die Vermeidung der Akkumulation phytotoxischer Verbindungen, modifizierte Genexpression, sowie die Aufrechterhaltung der Energieversorgung. Im vorliegenden Projekt sollen unter Einsatz molekularbiologischer Techniken die ökophysiologischen Grundlagen der Überflutungstoleranz der Baumart Pappel näher untersucht werden. Hierzu sollen transgene Pappellinien mit organspezifisch modulierter Expression der Wurzel-Pyruvatdecarboxylase (PDC), Blatt-Alkoholdehydrogenase (ADH) und Blatt-Aldehyddehydrogenase (ALDH) erzeugt werden. Die Genexpression dieser Pappeln soll molekular (mRNA und Western) und physiologisch (Enzymaktivitäten) charakterisiert und die isolierten Gene sequenziert werden. In einem vergleichenden physiologischen Ansatz soll durch Studien an überflutungstoleranten (Pappel, Stieleiche) und -sensitiven Spezies (Buche, Traubeneiche) der Energie-, C-, und N-Haushalt der Bäume unter Sauerstoffmangel charakterisiert werden.

Die Wirkung von DOM auf die Oekotoxizitaet organischer Schadstoffe in Bodeneluaten

Ziel: Systematisierung von Wechselwirkung von natuerlichem geloestem Kohlenstoff im Boden mit organischen Schadstoffen (PAK, Pestizide). Fragestellung: Gibt es systematisierbare mindernde oder verstaerkende Wirkungsweisen von DOM (Dissolved Organic Matter) auf die Wirkung von organischen Schadstoffen auf Pflanzen bzw. Bodenmikroorganismen? Aufgaben: Charakterisierung von DOM verschiedener Herkunft (Landnutzung); Oekotoxizitaetstest im Labor mit Pflanzen und Bodenmikroorganismen.

Biologische Unkrautbekaempfung mit pilzlichen Pathogenen

Im Rahmen der biologischen Unkrautregulierung werden pilzliche Pathogene, die als Mykoherbizide die Unkrautpopulation, u.a. vom Weissen Gaensefuss (Chenopodium album) nachhaltig schwaechen koennen, gesucht. Von den gefundenen pilzlichen Pathogenen wird deren Virulenz und Wirtspezifik und geeignete Vermehrungs- und Applikationsmethoden geprueft. Sowohl in Gefaessversuchen, als auch in ersten Freilandversuchen konnte mit ausgewaehlten Pilzisolaten eine positive Schadwirkung gegenueber dem Weissen Gaensefuss nachgewiesen werden.

Kombinationswirkungen der phytotoxischen Immissionskomponenten SO2, Aethylen und NO2 mit Hilfe einer Freilandbegasungsanlage

Experimentelle Ermittlung der relativen Phytotoxizitaet von Luftverunreinigungen

Ermittlung der relativen Toxizitaet von organischen Gasen und Daempfen auf Pflanzen

Durchfuehrung von Kurzzeittests zur Ermittlung der phytotoxischen Relevanz von Luftverunreinigungen.

Beeinflusst die induzierte Phytotoxizität bei Apfelnachbaukrankheit Malus domestica Wurzeln?

Apfel (Malus domestica) ist einer der wichtigsten angebauten Früchte weltweit. In Baumschulen werden Pflanzen häufig neu gepflanzt (2-3 Jahre), was zu einer verminderten Ernteproduktivität führt, die auch als Apfelnachbaukrankheit (ARD) bezeichnet wird. ARD kann definiert werden als "eine schädlich, gestörte physiologische und morphologische Reaktion von Apfelpflanzen auf Böden, die aufgrund früherer Apfelkulturen Veränderungen in ihrem (Mikro-) Biom ausgesetzt waren". Früher wurden Bodenbegasungsmittel zur Bekämpfung von ARD verwendet. Bei diesen Mitteln sind Anwendungsschwierigkeiten, hohe Kosten und Gefahren für die Umwelt und die menschliche Gesundheit als problematisch anzusehen. Daher wäre die Züchtung und/oder Selektion weniger empfindlicher Genotypen eine nachhaltigere Lösung für ARD. Die Entwicklung von ARD-assoziierten Markern beruht jedoch auf einem besseren Verständnis der molekularen Reaktionen in planta, um die Ätiologie der Krankheit zu entschlüsseln. Kürzlich wurde gezeigt, dass Phytoalexinbiosynthesegene nach sieben Tagen Kultur auf ARD-Boden im Vergleich zu desinfiziertem ARD-Boden stark hochreguliert sind. Es zeigte sich, dass sich die Phytoalexine im Wurzelsystem in sehr hohen Konzentrationen anhäufen, was zu einer möglichen Phytotoxizität führt. ABC-Transporter, die an der Translokation und Exsudation von Phytoalexinen beteiligt sind, zeigten keine Regulation, was zu der Annahme führte, dass Phytoalexine unter ARD-Bedingungen nicht in den Boden ausgeschieden werden und sich daher in sehr hohen Konzentrationen in den Wurzeln anreichern. Zusätzlich kann der vakuoläre Transport behindert werden, was zu einer fehlenden Entgiftung der akkumulierten Substanzen führt. Ein möglicher Grund für die möglicherweise eingeschränkte Exsudation von Phytoalexinen oder von Sequestrierung in Vakuolen über ABC-Transporter könnte die Entstehung toxischer Zyanidkonzentrationen in ARD-betroffenen Pflanzen sein, was zu weniger ATP-Verfügbarkeit für ABC-Transporter führt. Ziel des Projektes ist es, die Rolle von ARD-induzierten Phytoalexinen bei ARD und molekulare Reaktionen in ARD-betroffenen Pflanzen aufzuklären. Der Fokus wird darauf liegen, ihre Rolle bei ARD unter Berücksichtigung weiterer interagierender Gene/Proteine abzuleiten. Die Toxizität und Lokalisation der Verbindungen werden ebenso analysiert wie Entgiftungsmechanismen, z.B. Transport aus dem Zytoplasma. Darüber hinaus werden weitere toxische Nebenprodukte im Cyanidstoffwechsel sowie die Energieversorgung näher untersucht, um einen detaillierten Überblick über die molekularen Mechanismen bei ARD zu erhalten. Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung, Mikroskopie, Genexpressionsstudien und metabolische Analysen werden eingesetzt, um dieses Ziel zu erreichen. Vergleiche zwischen einem sensitiven und einem weniger sensitiven Genotyp sollen Erkenntnisse für die frühe Vorhersage von ARD-Schweregraden in Böden liefern und dabei helfen ARD-tolerante Apfelpflanzen auszuwählen.

Wirkung von Pestiziden auf den Stoffwechsel, insbesondere auf den Photosyntheseapparat von hoeheren Pflanzen und Algen des Phytoplanktons

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