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Seawater carbonate chemistry and growth and carbon metabolism of the seaweed Fucus vesiculosus in the western Baltic Sea

Warming and acidification of the oceans as a consequence of increasing CO2-concentrations occur at large scales. Numerous studies have shown the impact of single stressors on individual species. However, studies on the combined effect of multiple stressors on a multi-species assemblage, which is ecologically much more realistic and relevant, are still scarce. Therefore, we orthogonally crossed the two factors warming and acidification in mesocosm experiments and studied their single and combined impact on the brown alga Fucus vesiculosus associated with its natural community (epiphytes and mesograzers) in the Baltic Sea in all seasons (from April 2013 to April 2014). We superimposed our treatment factors onto the natural fluctuations of all environmental variables present in the Benthocosms in so-called delta-treatments. Thereby we compared the physiological responses of F. vesiculosus (growth and metabolites) to the single and combined effects of natural Kiel Fjord temperatures and pCO2 conditions with a 5 °C temperature increase and/or pCO2 increase treatment (1100 ppm in the headspace above the mesocosms). Responses were also related to the factor photoperiod which changes over the course of the year. Our results demonstrate complex seasonal pattern. Elevated pCO2 positively affected growth of F. vesiculosus alone and/or interactively with warming. The response direction (additive, synergistic or antagonistic), however, depended on season and daylength. The effects were most obvious when plants were actively growing during spring and early summer. Our study revealed for the first time that it is crucial to always consider the impact of variable environmental conditions throughout all seasons. In summary, our study indicates that in future F. vesiculosus will be more affected by detrimental summer heat-waves than by ocean acidification although the latter consequently enhances growth throughout the year. The mainly negative influence of rising temperatures on the physiology of this keystone macroalga may alter and/or hamper its ecological functions in the shallow coastal ecosystem of the Baltic Sea.

Energiestoffwechsel und Veraenderung der Plasmastruktur bei Pflanzen infolge Frost und Duerre

Der Grad der Zuverlaessigkeit palaeooekologischer Analysen haengt unter anderem ab von unserer Kenntnis der Wirkungsweise klimatischer Aussenfaktoren auf physiologische Prozesse der Pflanzen. Hierbei spielt die Frage danach, ob die meisten Pflanzen ueber nur ein einziges biochemisches und biophysikalisches Prinzip der Resistenz gegen Hitze, Kaelte und Duerre verfuegen, oder ob gegen diese schaedlichen Aussenfaktoren unterschiedliche Resistenzarten entwickelt sind, eine grosse Rolle. Sie haben die Veraenderungen der Feinstruktur des Plasmas von Pflanzenzellen beim Uebergang vom aktiven zum Ruhestillstand und umgekehrt verfolgt, verbunden mit Analysen des Energiestoffwechsels von Geweben, die sich in unterschiedliche Aussenfaktoren in den Zustand der Ruhe versetzt worden waren. Die Untersuchungen wurden ausgedehnt auf eine Bearbeitung der RNS ruhender und aktiver Pflanzenzellen.

Impakt von Pollutantien auf die P.S. (Programmierte Synthese: DNA-, RNA- und Proteinsynthese)

Veraenderungen im physiologisch-chemischen Bereich, die durch Anwesenheit von Pollutantien, insbesondere chemischen, verursacht werden, soweit sie DNA-, RNA und/oder Proteinsynthese betreffen. In der Gruppe stehen alle Enzyme und viele hoehere Komplexe zur Verfuegung. Bisher wird an wenigen biologischen Modellen gearbeitet, wie Klaerschlamm, Spongien, Echinodermata, Moos. Ziel ist es, Induktionsvorgaenge und die daraus folgenden Regulationsfolgen, wie sie unter Umwelt-relevanten Bedingungen hervorgerufen werden, zu verstehen.

Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz im Unterboden

Das Wissen über die Menge, Zusammensetzung und Umsetzung der organischen Substanz in Böden der gemäßigten Breiten beschränkt sich bis auf wenige Ausnahmen auf die Oberböden (A-Horizonte und Auflagen). Hier finden sich die höchsten Konzentrationen der organischen Substanz. Jüngere Inventurarbeiten haben nun gezeigt, dass auch im Unterboden (B- und Cv-Horizonte) beträchtliche Mengen an organischer Substanz, allerdings in niedrigen Konzentrationen vorliegen. Ziel des geplanten Vorhabens ist es, (1) die Menge der organischen Substanz im Unterboden zu erfassen, (2) ihre Zusammensetzung und Herkunft zu bestimmen und (3) ihre Umsetzbarkeit zu erfassen. Daraus sollen Rückschlüsse auf die Stabilisierungsmechanismen der organischen Substanz im Unterboden gezogen werden. Nach einer Inventur der Bodenprofile an den SPP-Standorten (C-Gehalte, 14C-Alter) erfolgt die Erfassung der Zusammensetzung der organischen Substanz mittels Festkörper-13C-NMR-Spektroskopie. Die Zusammensetzung der Lipid-, Polysaccharid- und Ligninfraktion soll Hinweise auf die Herkunft der stabilisierten organischen Substanz differenziert nach oberirdischen, unterirdischen Pflanzenrückständen und mikrobiellen Resten geben. Abbauversuche unter kontrollierten Bedingungen im Labor und die Erfassung des 14C-Alters des freigesetzten CO2 sollen Aufschluß über die Umsetzbarkeit des 'jungen' und 'alten' C im Unterboden geben. Dabei werden jeweils die Profile über die gesamte Entwicklungstiefe betrachtet, um die Unterbodenhorizonte in Bezug zu den Oberböden und zu den Ergebnissen anderer AG im SPP zu setzen. Darauf aufbauend können dann in den nächsten Phasen des SPP die Eigenschaften der organischen Substanz im Unterboden und die Regulation der C-Umsetzungen im Unterboden untersucht werden.

Induktion des Umsatzes von Aethanol in Mikrosomen und Cytosol der Maeuseleber durch chronische orale Verabreichung von Aethanol und Inhalation von Cyclohexan oder D,L-Campher

Bei einem 3-methylcholanthrenempfindlichen Maeusestamm (C57BL/6N) soll geprueft werden, ob chronische orale Verabreichung von Aethanol in der Leber sowohl die mikrosomale Aethanoloxidation als auch die Dehydrierung von Aethanol durch die Alkohol-Dehydrogenase des Lebercytosols induziert. Die induzierende Wirkung des Aethanols soll mit derjenigen von D,L-Campher und Cyclohexan verglichen werden. Es soll versucht werden, die Induktionen durch Induktionshemmer zu verhindern. Inzwischen ist nachgewiesen worden: In den Lebermikrosomen induziert orale chronische Verabreichung von Aethanol MEOS bei maennlichen C57-Maeusen in 4 Monaten, um den Faktor 2-3. Die Induktion ist bereits nach 14 Tagen nachweisbar und durchlaeuft ein Minimum nach 1,5 Monaten. Alkohol-Dehydrogenase wird im Cytosol anscheinend nicht induziert, wohl aber andere Proteine, denen moeglicherweise Acetaldehyd-Dehydrogenaseaktivitaet zukommt. Diese induzierbaren Nicht-Haem-Proteine erscheinen auch vermehrt nach Vorbehandlung der Maeuse mit anderen Induktoren. Es soll 1982 geprueft werden, wie weit die Dehydrierung von Acetaldehyd durch Aethanol induziert werden kann, und ob andere Induktoren diese nicht wirksamer induzieren.

Oxidativer Stress in Pflanzen: Die Bedeutung eines neu entdeckten Enzyms, der Alkylhydroperoxid Reduktase

Die zunaechst aus Saeugetieren und Pilzen beschriebene Alkylhydroperoxid Reduktase ist in photoautotrophen Organismen in Chloroplasten lokalisiert. Sie dient dort offenbar der Entgiftung von Alkylhydroperoxiden, die als Nebenprodukte der Lipidsynthese und als Folge der Photochemie entstehen und ueber groessere Distanzen hinweg oxidativen Schaden bewirken koennen. Gegenstand dieses Vorhabens ist die Analyse der biochemischen und genetischen Regulation der Alkylhydroperoxid Reduktase. Inzwischen liegen transgene Suppressionsmutanten von Arabidopsis thaliana und der Blaualge Synechocystis vor, die eine erhoehte Stress-, vor allem Lichtempfindlichkeit aufzeigen.

Barley compatibility factors pivotal for root colonisation and manipulation of basal defence by Piriformospora indica

This project is aimed at the characterization of the systemic reprogramming in barley, which modulates the compatible interaction with the biotrophic leaf pathogen Blumeria graminis f.sp. hordei upon root infestation with the mutualistic endophyte Piriformospora indica. We have recently shown that the basidiomycete P. indica - upon successful establishment in the roots - reprograms barley to salt stress tolerance, resistance to root diseases and higher yield (Waller et al., 2005). Successful powdery mildew infections in barley leaves are also disturbed by the mutualistic fungus. These processes are associated with a strong change in plant metabolism, especially with a drastic alteration of leaf and root antioxidants. On the basis of these findings we will perform an in-depth analysis of the barley metabolome (B6) and transcriptome (B7) with two specific foci: First, to elucidate the process of establishment of the mutualistic fungus within the barley roots; second, to characterize elements of the systemic response in leaves leading to an interruption or failure of compatibility processes required for successful establishment of biotrophic leaf pathogens like Blumeria. New gene candidates will be pre-selected systematically for their regulatory role in compatibility by means of transiently transformed barley leaves upon Blumeria inoculation. Stable transgenic barley and maize lines (B3) generated with verified gene candidates and genes identified by other projects (A1, A2, B5, B6) will be tested with Blumeria and P. indica. By comparing candidate genes in the different plant - microbe systems, we will identify common regulatory processes, metabolites and metabolic networks implicated in compatibility including those required for successful interactions with mutualistic fungi.

Biologisch aktive Sekundärmetabolite aus antarktischen Mikroorganismen

Das Forschungsvorhaben entstand aus der Forschungskooperation unserer beiden Arbeitsgruppen, die in den letzten Jahren auch durch die DFG im Rahmen von Arbeitsaufenthalten Dr. Ivanova s am HKI gefördert wurde. Das Ziel der Arbeiten ist die Untersuchung von Actinomyceten antarktischer Herkunft mit bekannter taxonomischer Zuordnung hinsichtlich ihres Bildungsvermögens für bekannte und neue Sekundärmetabolite unter Einsatz chromatografischer und instrumentalanalytischer Methoden (z.B. LC-MS, ESI-MS/CID-MS/MS). Folgende Ergebnisse werden erwartet:= Isolierung und Strukturaufklärung neuer bioaktiver Strukturen= Gewinnung von Aussagen über die genetischen Reserven antarktischer Actinomyceten bezüglich Bildung von Sekundärmetaboliten.= Gewinnung von Aussagen über die globale Verbreitung von Bildnern häufig vorkommender Sekundärmetabolite von Actinomyceten und Pilzen (z.B. Nactine, Polyether, Anthracycline und sesquiterpenoide Strukturen).

Bioremediation von chlorethenkontaminierten Standorten durch mikrobielle reduktive Dechlorierung

Chlorierte Ethene koennen durch anaerobe Bakterien vollstaendig nach Ethen dechloriert werden. Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Mikrobiologie, die die letzten zwei Dechlorierungsschritte von Dichlorethen zu Vinylchlorid und von Vinylchlorid zu Ethen katalysiert, zu identifizieren und genauer zu untersuchen. Anreicherungen zielen darauf ab, Bakterien zu aktivieren, die chlorierte Ethene als Elektronenakzeptor in einer anaeroben Atmung benutzen oder cometabolisch dechlorieren. Die Bakterienanreicherungen sollen mit molekular-oekologischen Methoden untersucht werden um Hinweise auf die Identitaet der dechlorierenden Bakterien zu kriegen. Reinkulturen werden auf ihre Physiologie, Biochemie, Genetik und Oekologie hin untersucht.

Toxizitaet hoher Fluoriddosen (Natriumfluorid) bei Ratten

Orale Dosen von Natriumfluorid (a. Einzeldosis von 100 mg/kg, b. tgl. Dosen von 30 mg/kg ueber eine Woche) werden an Ratten verabreicht. Wirkungen auf den Sauerstoffverbrauch und verschiedene Parameter des Fettstoffwechsels werden untersucht. Bisherige Hauptergebnisse: Die oben angegebenen Dosen hemmen die Lipolyse, steigern die Fettsaeuresynthese in der Leber und setzen den Grundumsatz signifikant herab.

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