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Nachwachsende Rohstoffe

Der Aufgabenschwerpunkt "Nachwachsende Rohstoffe" umfasst die Erarbeitung von Empfehlungen zur Rohstoffbereitstellung für die Energiegewinnung und technische Produktherstellung (z.B. Dämmstoffe, Biokraftstoff, Biogas) sowie die Umsetzung und Begleitung der Forschungsförderung. Zu den nachwachsenden Rohstoffe gehören z.B. schnellwachsende Hölzer, Chinaschilf, Getreide, Roggen, Hanf, Faserpflanzen, Energiepflanzen, Winterraps, halm- und holzartige Biomasse. Unter dem Begriff nachwachsende Rohstoffe werden Produkte pflanzlicher und tierischer Herkunft zusammengefasst, die im Nicht-Nahrungs- und Nicht-Futtermittelsektor verwertet werden. Nachwachsende Rohstoffe umfassen - Nebenprodukte der Land- und Forstwirtschaft (z. B. Stroh, Holz aus Waldpflege, Biomasse aus der Landschaftspflege), - Pflanzen aus dem landwirtschaftlichen Anbau (z. B. öl- und stärkehaltige Pflanzen, ein- und mehrjährige Gräser, Faserpflanzen, Heil-, Gewürz- und Aromapflanzen) sowie - unbehandelte Abfallstoffe der Biomasseverarbeitung (Bau- und Industrierestholz, Hobel- und Sägespäne etc.). Zunehmende Bedeutung erlangen sie vor allem vor dem Hintergrund des steigenden Energiebedarfs, der Endlichkeit fossiler Rohstoffe und der CO2-Anreicherung der Atmosphäre.

Emmy Noether-Nachwuchsgruppen, Mechanisms regulating the boron nutritional status in rapeseed and Arabidopsis and their implications for the development of boron-efficient genotypes

Boron (B) is an essential microelement for plants. Despite the use of modern fertilization methods, B deficiency still causes losses in agricultural plant production. Even though many positive effects of B on plant growth and physiology have been reported, a large majority of B functions and the regulatory mechanisms controlling the B nutritional status remain unknown. The main objective of this project is to elucidate how the greatly B deficiency-sensitive Brassica crop plants process and regulate their B status during vegetative and reproductive growth. In this context, the project aims at identifying the mode of action of B in mechanisms regulating the B status itself and uncovering those mechanisms contributing to B efficiency in different genotypes. Plant species subjected to investigation will be the agronomically important oilseed and vegetable plant Brassica napus (rapeseed) and its close relative the genetic and molecular model plant Arabidopsis thaliana. Questions addressed within the scope of this project should lead to a detailed understanding of mechanisms controlling B uptake and allocation from the level of the whole plant down to the cellular level. B transport routes and rates will be determined in sink- and source tissues and in developmental periods with a particularly high B demand. A special focus will be on the identification of B transport bottlenecks and the analysis of B deficiency-sensitive transport processes to and within the highly B-demanding reproductive organs. Recent studies in Arabidopsis suggest that Nodulin26-like Intrinsic Proteins (NIPs), which belong to the aquaporin channel protein family, are essential for plant B uptake and distribution. The systematic focus on the molecular and physiological characterization of B. napus NIPs will clarify their role in B transport and will identify novel NIP-associated mechanisms playing key roles in the B response network.To further resolve the mostly unknown impact of the B nutritional status on gene regulation and metabolism, a transcript and metabolite profile of B-sufficient and B-deficient rapeseed plants will be generated. Additionally, an Arabidopsis transcription factor knockout collection (greater 300 lines) will be screened for abnormalities in responses to the B nutritional status. This will identify yet unknown B-responsive genes (transcription factors and their targets) and gene products (enzymes or metabolite variations) playing key roles in signalling pathways and mechanisms regulating the B homeostasis. Boron (in form of boric acid) and arsenite (As) share in all likelihood the same NIP-mediated transport pathways. To assess the consequences of this dual transport pathway the so far unstudied impact of the plants B nutritional status on the accumulation and distribution of As will be investigated in B. napus. Moreover, the current dimension of the As contamination of Brassica-based food products, to which consumers are exposed to, will be analyzed. usw.

Öle und Fette

Pflanzliche Öle werden als energiereiche Reservestoffe in Speicherorgane von Pflanzen eingelagert. Sie sind chemisch gesehen Ester aus Glycerin und drei Fettsäuren. In Deutschland konzentriert sich der Ölsaatenanbau auf Raps, Sonnenblume und Lein. Im Freistaat Sachsen dominiert auf Grund der Standortbedingungen und vor allem der Wirtschaftlichkeit eindeutig der Raps. Der maximal mögliche Anbauumfang von Raps liegt aus anbautechnischer Sicht bei 25 % der Ackerfläche und ist noch nicht ausgeschöpft (Sachsen 2004: 17 %). Für den landwirtschaftlichen Anbau kommen eine Reihe weiterer ölliefernder Pflanzenarten oder spezieller Sorten in Betracht. Interessant sind sie aus der Sicht der Verwertung insbesondere, wenn sie hohe Gehalte einzelner spezieller Fettsäuren aufweisen. Bei der Verarbeitung können dann aufwändige Aufbereitungs- und Trennprozesse eingespart und die Synthesevorleistung der Natur optimal genutzt werden. Der Anbauumfang ist jedoch meist noch sehr gering. Beispiele sind Nachtkerze und Iberischer Drachenkopf, aber auch Erucaraps und ölsäurereiche Sonnenblumensorten. a) stoffliche Verwertung In der stofflichen Verwertung reichen die Einsatzfelder pflanzlicher Öle von biologisch schnell abbaubaren Schmierstoffen, Lacken und Farben, über Tenside, Kosmetika, Wachse bis zu Grundchemikalien, aber auch Bitumen. b) energetische Verwertung Desweiteren können Pflanzenöle in Fahrzeugen, stationären oder mobilen Anlagen energetisch verwertet werden. Für den breiten Einsatz ist derzeit vor allem Biodiesel geeignet. Dieser kommt als reiner Kraftstoff zum Einsatz, seit 2004 auch in Beimischung zu Dieselkraftstoff. Eine weitere Möglichkeit eröffnet sich durch die Verwendung von reinem Rapsöl.

Die Qualitaet der Sameneiweisse und ihre zuechterische Verbesserung

Die Versorgung mit hochwertigem Eiweiss fuer die menschliche und tierische Ernaehrung ist ein wichtiges Problem in der Welt und auch fuer Europa geworden. Hierzu kann in erster Linie die Zuechtung auf hoehere Eiweissgehalte und auf Verbesserung der Eiweissqualitaet durch Selektion von Formen mit hoeheren Anteilen an essentiellen Aminosaeuren einen wesentlichen Beitrag liefern. So wurde begonnen mit der Selektion von Sonnenblumensorten mit hoeheren Proteinanteilen, Kreuzungen mit Nacktgersten mit hohem Proteingehalt und hohen Lysinanteilen und ebenfalls bei Mais sind angelaufen. Auch bei Raps wird in Kuerze ein Arbeitsprogramm mit dem Ziel Erhoehung des Futterwertes der Rueckstaende anlaufen.

Die Qualitaet pflanzlicher Oele und ihre zuechterische Verbesserung

Die Versorgung der Bevoelkerung mit ernaehrungsphysiologisch hochwertigen Pflanzenfetten ist ein wichtiges Anliegen zur Gesunderhaltung der Menschen. Mit dem Ziel der Verbesserung der Fettsaeuremuster in den wichtigsten oelliefernden Pflanzen wird gearbeitet mit: Winterraps, Sommerraps, Rueben, Lein, Sojabohnen, Sonnenblumen.

Untersuchungen zum Gentransfer bei der Freisetzung transgener Pflanzen

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.

Arten- und Sortenvergleich Biogaspflanzen

Im Feldversuch wird ein Artenvergleich geeignet erscheinender Biogaspflanzen durchgeführt. Der Versuch untergliedert sich in ein Sommerungen- und ein Winterungen-Sortiment. Der Versuchsteil Sommerungen wird an vier Standorten durchgeführt, das Winterungen-Sortiment an fünf Standorten. Der Versuch umfasst u.a. Mais, Sorghum, Getreidearten und Raps. Am Versuchsstandort Forchheim werden darüber hinaus ein breites Sortenspektrum sowie einige zusätzliche Arten geprüft. Ziel ist die Erarbeitung von Empfehlungen für Landwirte und Berater hinsichtlich der Arten- und Sortenwahl von Pflanzen zur Biogaserzeugung sowie die Bereitstellung von Informationen für den verwaltungsinternen Bedarf, z.B. zur Nährstoffbilanzierung, für Wirtschaftlichkeitsberechnungen oder zur Beurteilung von Ertragsannahmen bei Bauvorhaben.

Einzelpflanzenspezifische Düngung zum ressourceneffizienten und bedarfsoptimierten Anbau von Raps und Mais in Gleichstandsaat, Teilprojekt B

Dekontamination von mit Schwermetallen (Cd, Zn, Tl) belasteten Flaechen durch Pflanzen - Erarbeitung und Ueberpruefung von Anbauempfehlungen fuer mit Thallium belastete Flaechen

Problemstellung und Zielsetzung: Viele landwirtschaftliche Flaechen sind so stark mit Schwermetallen (SM) kontaminiert, dass ueber den Transfer Boden-Pflanze das Risiko einer Belastung der Nahrungskette besteht. Andererseits koennte ein hoher Boden-Pflanze-Transfer eine Chance zur Dekontamination solcher Flaechen bieten. Ziel des Forschungsprojektes ist, in Feldversuchen auf kontaminierten Flaechen das Risiko des Tl-Transfers Boden-Pflanze zu untersuchen und die Moeglichkeiten einer Biodekontamination von mit Tl, Cd und Zn belasteten Boeden durch Steigerung der Pflanzenentzuege abzuschaetzen. Bereits durchgefuehrte Versuche und Ergebnisse: Fuer die Untersuchungen stehen in Institutsnaehe Flaechen mit Boeden zur Verfuegung, die durch Neckarbaggergut (Cd, Zn), langjaehrige ueberhoehte Klaerschlammanwendung (Cd, Zn u.a. SM) und Zementwerksemissionen (Tl u.a. SM) kontaminiert sind. Die auf den mit Cd und Zn belasteten Boeden angebauten 50 Maisinzuchtlinien und 8 Maishybriden unterschieden sich in ihren Cd- und Zn-Entzuegen zwar um Faktor 5, dennoch wuerde trotz Auswahl der Linien mit den hoechsten Entzuegen eine Dekontamination unrealistisch lange Zeitraeume beanspruchen (ueber 500 Jahre). Auf dem mit Tl kontaminierten Boden wurden Tl-Gehalte und -entzuege von 22 Pflanzenarten untersucht. Eine Ueberschreitung des Lebensmittelrichtwertes wurde bei einigen Brassicaceen (z.B. Gruenkohl) festgestellt. Die Tl-Entzuege von Sommerraps und Gruenkohl waren so hoch, dass eine Dekontamination von mit Tl belasteten Flaechen in relativ kurzen Zeitraeumen moeglich erscheint. In Naehrloesungsversuchen mit radioaktiv markiertem Tl zeigten sich deutliche Unterschiede (Faktor 10-20) in der Tl-Aufnahme von Rotkohl, Weisskohl und Gruenkohl, wobei Rotkohl die geringste Tl-Aufnahme zeigte, Gruenkohl die hoechste. Demgegenueber waren die Unterschiede bei der Verlagerung von Tl in den Spross nur geringfuegig. Geplante Versuche: Auf den mit Tl belasteten Flaechen soll durch Untersuchung der Veraenderung der Tl-Bindungsformen im Boden in Abhaengigkeit vom Tl-Entzug ein realistischer Zeitrahmen zur Biodekontamination dieser Flaechen erarbeitet werden.

Rhizosphärenprozesse und Ertragsdepressionen in Weizenfruchtfolgen, Teilprojekt B

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